31696

افزايش ضريب تاثير پوشش بتن با استفاده از ساختارهاي پيچيده الكترومغناطيسي

دكتري تخصصي (PhD)

مهندسي برق- مخابرات ـ ميدان

1395

1403/6/24

احمد چلداوي

اصغر حبيب نژاد كورايم

پرديس دانشگاهي - دانشكده مهندسي برق

با توجه به گسترش استفاده از مخابرات بيسيم و امواج الكترومغناطيسي، نياز است كه در بعضي از كابردهاي خاص، مانند كاربرد هاي پزشكي و صنعتي، ساختمان ها در برابر ورود امواج الكترومغناطيسي محافظت شوند. اين پژوهش به بررسي استفاده از افزودني‌هايي با هندسه‌ي هليكس در كامپوزيت‌هاي بتني جهت بهبود خواص مرتبط با پوشش الكترومغناطيسي مي‌پردازد. عناصر هليكس با آرايشي منظم در محيط بتني، مي‌توانند يك موج‌بر استوانه‌اي را شبيه‌سازي كنند كه در محدوه‌ي فركانسي زير فركانس قطع آن موجبر و در ناحيه‌ي رزونانسي آرايه، به دليل انتشار امواج ميرا باعث تضعيف توان انتقالي از تيغه‌ي بتني مي‌شوند. آرايه‌هاي چندلايه از اين عناصر، ميزان تضعيف قابل توجهي در محدوده فركانسي مورد نظر ايجاد كرده و ايجاد يك ساختار مناسب براي كاربردهاي پوشش الكترومغناطيسي را فراهم مي‌كنند. علاوه بر بهبود خواص حفاظتي، ساختار پيشنهادي، مي‌تواند منجر به كاهش چگالي جرمي بتن و كاهش مقدار افزودني‌هاي لازم در مقايسه با روش‌هاي سنتي شده و بهينه‌سازي كامپوزيت‌هاي سبك‌تر و كارآمدتر را امكان‌پذير مي‌سازد. اندازه‌گيري آزمايشگاهي ضريب تاثير پوشش ساختار پيشنهادي در بازه‌ي فركانسي 1 تا 12 گيگاهرتز، به پوشش قابل توجه بزرگتر 60 دسيبل در محدوده‌ي 5/2 تا 4 گيگاهرتز و بزرگتر از 40 دسيبل در محدوده 1 تا 5/6 گيگاهرتز دست يافته است. توانايي ايجاد پوشش قابل توجه در برابر قطبش‌ها و زواياي تابش مختلف، ساختار پيشنهادي را به يك گزينه‌ي كاربردي تبديل كرده است. همچنين اين ساختار، با بهبود خواص مكانيكي بتن، مانند افزايش 52 درصدي مقاومت خمشي و افزايش 61 درصدي مقاومت فشاري، مي‌تواند به توسعه بتن‌هاي پيشرفته با عملكرد بالا كمك كند. پژوهش جاري علاوه بر شبيه‌سازي‌هاي نرم‌افزاري و ساخت نمونه‌هاي مختلف از ساختار پيشنهادي، همچنين مدل تحليلي ساده‌اي را براي ارزيابي رفتار اين ساختارها ارائه مي‌دهد كه از يك مدل مداري بهره برده و با بار محاسباتي كم، به طراحي بهتر و حتي بهينه‌سازي چنين ساختارهايي كمك مي‌كند.

1403/09/24

Enhancing the Shielding Effectiveness of Concrete Composites Using Complex Electromagnetic Structures

9/14/2025 12:00:00 AM

With the increasing utilization of wireless communication and electromagnetic waves, it has become essential to protect buildings against electromagnetic wave penetration in specific applications such as medical and industrial uses. This research examines the use of helical geometry additives in concrete composites to improve electromagnetic shielding properties. Helical elements, arranged systematically within the concrete matrix, can simulate a cylindrical waveguide. These elements induce damped wave propagation in the sub-cutoff frequency range of the waveguide's dominant mode and within the resonance frequency of the array, significantly reducing the transmitted power through the concrete slab. Multilayer arrays of these helical elements provide substantial attenuation within the desired frequency range, creating an effective structure for electromagnetic shielding applications. In addition to improving shielding properties, the proposed structure can reduce the mass density of concrete and minimize the required amount of additives compared to traditional methods, enabling the optimization of lighter and more efficient composites. Experimental measurements of the shielding effectiveness of the proposed structure within the frequency range of 1 to 12 GHz demonstrate significant shielding levels, exceeding 60 dB in the range of 2.5 to 4 GHz and greater than 40 dB in the range of 1 to 6.5 GHz. The ability to provide substantial shielding across various polarizations and angles of incidence makes the proposed structure a practical choice. Additionally, this structure enhances the mechanical properties of concrete, achieving a 52% increase in flexural strength and a 61% increase in compressive strength, which can contribute to the development of advanced high-performance concretes. Along with software simulations and the construction of various prototypes of the proposed structure, this study also presents a simple analytical model based on circuit theory. This model, with low computational cost, aids in the better design and optimization of such structures for effective electromagnetic shielding.

سازگاري الكترومغناطيسي , پوشش الكترومغناطيسي , عناصر هليكس , كامپوزيت بتني

Electromagnetic compatibility , Electromagnetic shielding , Helical resonators , Concrete composite materials

Ayoub Hamidi

Dr. Chaldavi