Wpływ rozmiaru siatki różnicowej stosowanej przy analizie rozkładu pola elektromagnetycznego na poprawność wyników uzyskanych metodą numeryczną FDTD

摘要

The aim of this publication is a detailed analysis of the relationship between the adopted size Yee cell used in the differential methods (eg. FDTD, FDFD) and reliable value of solutions obtained by numerical method. An important criterion chosen method is to create a discrete mesh model of the analysed model composed of individual cells and calculation of the field distribution, assuming a linear approximation of changes. As example, the area comprising a wall made of non-ideal dielectric (concrete) compared to the intensity of the electric field as determined by the finite-difference time-domain method (FDTD) with results obtained using according to analytical method. Also was analyzed the impact of the wall thickness and the variability of electrical parameters describing concrete (conductivity and electrical permittivity). The presented analysis was connected with one of standard frequencies generated by a wireless communication system (f= 2.4 GHz). The obtained results of the analysis allow for observation error rate while increasing the mesh differential.%Celem publikacji jest szczegółowa analiza zależności pomiędzy przyjętym rozmiarem komórki Yee stosowanym w metodach różnicowych (np. FDTD, FDFD) a wiarygodną wartością rozwiązania uzyskanego metodą numeryczną. Ważnym kryterium wskazanych metod jest stworzenie dyskretnego modelu siatkowego badanego modelu, złożonego z komórek elementarnych i obliczenie rozkładów pola przy założeniu liniowej aproksymacji zmian. Na przykładzie obszaru zawierającego ścianę wykonaną z nieidealnego dielektryka (beton zwykły) porównano wartości natężenia pola elektrycznego wyznaczone metodą różnic skończonych w dziedzinie czasu (FDTD) z wynikami otrzymanymi przy użyciu zależności analitycznych. W analizie uwzględniono także wpływ grubości ściany oraz zmienność parametrów elektrycznych opisujących beton (tj. konduktywność oraz przenikalność elektryczna). Analiza dotyczyła jednej z powszechnie stosowanych częstotliwości w lokalnych sieciach bezprzewodowych WiFi (f= 2,4 GHz). Otrzymane wyniki analizy pozwalają na obserwację wielkości błędu przy jednoczesnym zwiększaniu siatki różnicowej. Dodatkowo przedstawiono wartości natężenia pola elektrycznego dla rozpatrywanych konstrukcji zawierających ścianę wykonaną z betonu przy zmiennych wartościach elektrycznych.