利用Lumerical FDTD探究随机掺杂混凝土层对于毫米波的电磁响应

在信息融合的5G时代，很多场景下需要分析建筑物墙体对毫米波信号的干扰和屏蔽效应。本篇以掺杂混凝土层为例，利用FDTD的散射体介质结构实现特定混凝土层中的随机掺杂仿真，并探究墙体对于毫米波的透射影响。

1.     球形混合物掺杂混凝土层周期单元结构示意图

 

本例因球形混合物的分布是随机的，故采用三维仿真结构，利用Mesh order条件制造块状混凝土结构中的混合物掺杂。本例将以部分墙体为结构单元，在三维结构的两个维度上设置periodic周期条件，而在第三维边界设置PML（空气）条件，模拟毫米波由空气中射向墙壁的情形。

2.     FDTD区域边界条件设置

添加完块体混凝土结构后，修改其mesh order值为5（也可以是任意大于2的整数）。在Lumerical FDTD软件中，元素mesh order值默认为2。软件采用嵌套式结构层实现材料的优先级，数值越小，优先级别越高。

3.     由于掺杂混合物需要嵌入混凝土层内部，因而降低混凝土层优先级

 

添加球形散射体作为掺杂混合物。点击Components控件选择More choices。。。

 

在结构库中选择随机颗粒结构组件

 

杂质体积浓度是首要考虑的因素。下表中展示了关于掺杂混合物的关键参数设置，通过修改几何参数可以实现有目的的体积浓度设置。

4.     Allow overlap 值置为0：不允许杂志颗粒有重叠

 

5.     针对不同墙体状况，实现一种或多种混合物的同时掺杂

 

6.     单一掺杂下的毫米波透射谱线图

总结：针对不同掺杂参数下的混凝土墙壁，FDTD软件提供了可行可靠的电磁波分析方法，内置的随机散射体组建可以轻松实现不同杂志的随机空间分布。

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