Método das diferenças finitas no domínio do tempo aplicado à grade tridimensional formada por prismas hexagonais

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2016
Autor(a) principal: Joaquim, Marinoel
Orientador(a): Scheer, Sérgio, 1957-
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Análise numérica
Análise matemática
Ondas de radio - Propagação
Prismas
Teses
Link de acesso: http://hdl.handle.net/1884/43548
Resumo: Orientador : Prof. Dr. Sérgio Scheer
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spelling Joaquim, MarinoelUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em EngenhariaScheer, Sérgio, 1957-2018-03-16T19:45:15Z2018-03-16T19:45:15Z2016http://hdl.handle.net/1884/43548Orientador : Prof. Dr. Sérgio ScheerTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa: Curitiba, 02/06/2016Inclui referências : f. 211-215Resumo: O método das diferenças finitas no domínio do tempo, mais conhecido em inglês como Finite-Difference Time-Domain (FDTD), foi aplicado em uma grade tridimensional de prismas hexagonais, tendo como objetivo produzir menos anisotropia de velocidade de fase numérica que o método FDTD Yee (com células hexaédricas). Comparações de propagação de onda são feitas entre o método FDTD com grade de prismas hexagonais e o método FDTD Yee, com o objetivo de validar esse novo método FDTD. As análises teóricas da anisotropia, dispersão e condição de estabilidade numéricas são realizadas usando a análise de Fourier no método FDTD com grade de prismas hexagonais e comparadas com aquelas realizadas para o método FDTD Yee. Medidas de anisotropia numérica neste novo método FDTD são comparadas com os resultados da análise de Fourier. Uma formulação para camadas de absorção casadas perfeitamente, que emulam um espaço infinito, é desenvolvida para a grade de prismas hexagonais, e medidas de reflexão dessas camadas de absorção são comparadas com aquelas das camadas de absorção da grade Yee. Uma onda plana é aplicada na grade de prismas hexagonais usando a formulação de regiões de campos total e espalhado; e medidas de espalhamento de campo de placa retangular e esfera (ambas usando condutor elétrico perfeito) são realizadas na grade de prismas hexagonais, e comparadas com as medidas de espalhamento, para os mesmos objetos, na grade Yee e soluções analíticas. Um algoritmo de compensação de dispersão numérica é desenvolvido para o método FDTD com grade de prismas hexagonais, com a condição de que as dimensões da grade no plano x-y são muito maiores que a dimensão z (altura). Medidas de dispersão numérica na grade de prismas hexagonais e comparações com aquelas da grade Yee demonstram a eficácia do algoritmo proposto, que permite o uso de grade de prismas hexagonais com menor densidade de malha que a grade Yee, para uma certa precisão desejada. Os resultados obtidos são promissores para o uso do método FDTD com grade de prismas hexagonais em simulações de propagação de ondas eletromagnéticas irradiadas por redes Wireless em edificações, onde, normalmente, as dimensões no plano horizontal são muito maiores que a altura. Palavras-chave: FDTD. Dispersão numérica. Anisotropia numérica. Prisma hexagonal. Célula hexagonal. Propagação de onda. Redes sem fio.Abstract: The finite-difference time-domain (FDTD) method was applied at a grid of hexagonal prisms, with the objective to yield less numerical anisotropy of phase velocity than the Yee FDTD method (with hexahedral cells). Comparisons of wave propagation are made between the FDTD method with grid of hexagonal prisms and the Yee FDTD method, with the aim of checking the validity of this new FDTD method. The theoretical analyses of the numerical anisotropy, dispersion and stability condition are obtained using the Fourier analysis in the FDTD method with grid of hexagonal prisms, and they are compared with those accomplished for Yee FDTD method. Measurements of numerical anisotropy are accomplished in this new FDTD method, and then they are compared with the results of the Fourier analysis. A formulation for perfectly matched layer absorbing boundary conditions, which emulates an infinite space, is developed for a grid of hexagonal prisms, and reflection measurements of these perfectly matched layers (PMLs) are compared with those of the Yee grid PMLs. A plane wave is applied in the grid of hexagonal prisms using the total-field/scattered-field formulation, and scattered-field measurements of rectangular plate and sphere (both using perfect electric conductor) are made in the grid of hexagonal prisms, and the next ones are compared with the scattered-field measurements, for the same objects, in the Yee grid and theoretical solutions. An algorithm of numerical dispersion compensation is developed for the FDTD method with grid of hexagonal prisms, with the condition that the grid dimensions in the x-y plane are considerably larger than the z-dimension (height). Measurements of numerical dispersion in the grid of hexagonal prisms and comparisons with those of the Yee grid, it proves the effectiveness of the proposed algorithm, which allows using grid of hexagonal prisms with less density of mesh than the Yee grid, for a certain desirable accuracy. The obtained results are promising to use the FDTD method with grid of hexagonal prisms in simulations of electromagnetic wave propagation yielded for wireless networks in indoor buildings, where the dimensions in the horizontal plane are usually much larger than the height. Keywords: FDTD. Numerical dispersion. Numerical anisotropy. Hexagonal prisms. Hexagonal cells. Wave propagation, Wireless networks.107 f. : il. algumas color., tabs.application/pdfDisponível em formato digitalAnálise numéricaAnálise matemáticaOndas de radio - PropagaçãoPrismasTesesMétodo das diferenças finitas no domínio do tempo aplicado à grade tridimensional formada por prismas hexagonaisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - T - MARINOEL JOAQUIM.pdfapplication/pdf11158544https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/43548/1/R%20-%20T%20-%20MARINOEL%20JOAQUIM.pdfeea5d1127d7e37f0ca3ebde0dca69efaMD51open accessTEXTR - T - MARINOEL JOAQUIM.pdf.txtExtracted Texttext/plain812024https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/43548/2/R%20-%20T%20-%20MARINOEL%20JOAQUIM.pdf.txt76341c5d27021abcfb00c8d1c53b5dfcMD52open accessTHUMBNAILR - T - MARINOEL JOAQUIM.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1092https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/43548/3/R%20-%20T%20-%20MARINOEL%20JOAQUIM.pdf.jpg946fb06a58452d54e213833188547055MD53open access1884/435482018-03-16 16:45:15.731open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/43548Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082018-03-16T19:45:15Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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