Microwave measurements in cured concrete — Experiment and modelling

Emel’yanenko, A. A.; Doh, Jeung‐Hwan; Espinosa, Hugo G.; Thiel, David V.

doi:10.1109/ausms.2018.8346985

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“…where L is the increased estimated distance corresponding to the time delay caused by the medium, L is the thickness of the medium, c, v are the speed of light in air and in the medium, respectively, and ε r is the relative permittivity of the medium. When the medium is concrete, its relative permittivity ε r is about 7.9 [23], causing a ranging error L of about 1.8-times the thickness of the medium. Thus, if the signal is blocked by a concrete pillar or wall of a house, this will still lead to a considerable ranging error even when the signal has successfully penetrated.…”

Section: Analysis Of the Cir Characteristics Under Different Channel ...mentioning

confidence: 99%

Channel-Quality-Evaluation-Based Anchor Node Selection for UWB Indoor Positioning

et al. 2022

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Ultra-wideband (UWB) is a widely used technology in wireless indoor positioning. However, Non-line-of-sight (NLOS) and complex multipath fading introduce positioning errors to the UWB system. In order to alleviate the influence of non-line-of-sight (NLOS) and multipath fading, a channel-quality-evaluation-based method is proposed in this paper. In the proposed method, the qualities of the channel between unknown nodes and anchor nodes are evaluated by a weighted equation related to the channel impulse response (CIR) characteristics. Anchor nodes with higher quality are selected adaptively for positioning. The experiments showed that this method can reduce the root-mean-squared error (RMSE) of the positioning results by 40.4% on average and 95.78% in some strongly degraded cases.

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Section: Analysis Of the Cir Characteristics Under Different Channel ...mentioning

confidence: 99%

Channel-Quality-Evaluation-Based Anchor Node Selection for UWB Indoor Positioning

et al. 2022

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“…The antenna used for the reflection measurements was a cavity-backed slot antenna machined from aluminum (overall dimensions: 59 mm × 35 mm × 12 mm) with a resonant slot (30 mm × 13 mm) [19], as shown in Figure 1. The antenna feed was a triangular plate electromagnetically coupled with the slot.…”

Section: Antenna Characteristicsmentioning

confidence: 99%

Single-Sided Microwave Near-Field Scanning of Pine Wood Lumber for Defect Detection

Radwan

Thiel

Espinosa

2021

Forests

Self Cite

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Defects and cracks in dried natural timber (relative permittivity 2–5) may cause structural weakness and enhanced warping in structural beams. For a pine wood beam (1200 mm × 70 mm × 70 mm), microwave reflection (S11) and transmission (S21) measurements using a cavity-backed slot antenna on the wood surface showed the variations caused by imperfections and defects in the wood. Reflection measurements at 4.4 GHz increased (>5 dB) above a major knot evident on the wood surface when the E-field was parallel to the wood grain. Similar results were observed for air cavities, independent of depth from the wood surface. The presence of a metal bolt in an air hole increased S11 by 2 dB. In comparison, transmission measurements (S21) were increased by 6 dB for a metal screw centered in the cavity. A kiln-dried pine wood sample was saturated with water to increase its moisture content from 17% to 138%. Both parallel and perpendicular E-field measurements showed a difference of more than 15 dB above an open saw-cut slot in the water-saturated beam. The insertion of a brass plate in the open slot created a 7 dB rise in the S11 measurement (p < 0.0003), while there was no significant variation for perpendicular orientation. By measuring the reflection coefficient, it was possible to detect the location of a crack through a change in its magnitude without a noticeable change (<0.01 GHz) in resonant frequency. These microwave measurements offer a simple, single-frequency non-destructive testing method of structural timber in situ, when one or more plane faces are accessible for direct antenna contact.

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“…La X r y el n en cada NH fueron obtenidos fijando como frecuencias de referencia (f r ) 250 MHz y 431,86 MHz. En cada caso, los parámetros fueron obtenidos calculando el menor error medio cuadrático (MSE, por sus siglas en inglés) entre la permitividad relativa real obtenida experimentalmente en [23] y la obtenida con ayuda del modelo matemático descrito en [29], [30], usando la ecuación (8).…”

Section: Modelo De Jonscher De Tres Variablesunclassified

“…Esta necesidad de nuevos esquemas de apantallamiento contra emisiones electromagnéticas (no controladas y presentes en el entorno) ha promovido el desarrollo de esquemas de protección adicionales contra este tipo de emisiones. Lo anterior ha sido posible gracias al estudio y exploración de las propiedades físicas y eléctricas de diferentes materiales de construcción que componen las estructuras urbanas o edificaciones, las cuales, en su gran mayoría, son hechas en concreto [4]- [8].…”

Section: Introductionunclassified

Evaluación del Apantallamiento Electromagnético del Concreto a partir de Simulaciones en Alta Frecuencia y la Aplicación del modelo de Jonscher

Granados¹,

Rojas²,

Santamaria³

2020

Ing.

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Contexto: Este artículo analiza la efectividad de apantallamiento electromagnético de varias estructuras de concreto en función de la variación del grosor y el contenido o nivel de humedad (NH) para un rango de frecuencias definido. Método: El estudio se fundamenta en la implementación de simulaciones en dos dimensiones (2D) usando un software basado en el método de elementos finitos (FEM) y se desarrolló a partir de un conjunto de valores obtenidos de la aplicación de modelos matemáticos para medios dieléctricos. Inicialmente, se caracterizan las propiedades eléctricas complejas de las estructuras (permitividad dieléctrica y conductividad) aplicando el modelo matemático de Jonscher de tres variables. Posteriormente, se evalúan dichas propiedades sobre diferentes estructuras de concreto para un rango de frecuencias determinado. Resultados: Se observó que el blindaje electromagnético ofrecido por el concreto aumenta cuando se incrementa el NH y el grosor de las estructuras. Adicionalmente, las pruebas evidencian que las pérdidas de energía por absorción son mayores en comparación con los demás tipos de pérdidas analizadas en el estudio. Conclusiones: Luego de la investigación se puede afirmar que modelo electromagnético de Jonscher ofrece una buena respuesta al ser aplicado a las propiedades eléctricas complejas del concreto en un rango de frecuencia desde 250 MHz hasta 700 MHz. Asimismo, al variar el grosor y el NH en las estructuras analizadas, se evidenció un aumento en la efectividad de apantallamiento electromagnético total. Debido a que el concreto es un medio dieléctrico imperfecto, las pérdidas de energía por reflexión son bajas comparadas con las pérdidas de absorción y de múltiples reflexiones. Aun así, este material estructural puede ser usado como apantallamiento natural contra perturbaciones electromagnéticas radiadas en la banda de UHF. Agradecimientos: Este trabajo fue posible gracias al soporte y asesoría del Grupo de compatibilidad e interferencia electromagnética (GCEM-UD) de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

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Microwave measurements in cured concrete — Experiment and modelling

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Channel-Quality-Evaluation-Based Anchor Node Selection for UWB Indoor Positioning

Channel-Quality-Evaluation-Based Anchor Node Selection for UWB Indoor Positioning

Single-Sided Microwave Near-Field Scanning of Pine Wood Lumber for Defect Detection

Evaluación del Apantallamiento Electromagnético del Concreto a partir de Simulaciones en Alta Frecuencia y la Aplicación del modelo de Jonscher

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