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Entwickelte elektromagnetische Oberflächen (EES)
Wireless InSite unterstützt die Simulation von HF-Wechselwirkungen mit technischen elektromagnetischen Oberflächen (EES). Dies ermöglicht die Modellierung von passiven Meta-Oberflächen, die zur Optimierung der drahtlosen Kommunikationsabdeckung entwickelt wurden, indem die Ausbreitung von Signalen durch eine Szene manipuliert wird.
Die Fähigkeit zur Kontrolle der EM-Ausbreitungsumgebung ist ein wichtiger Bereich der 6G-Forschung. Anwendungen wie rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RIS) stützen sich entweder auf Metasurfaces oder Reflect Arrays, eine alternative Technologie, um drahtlose Kanäle zu optimieren. Elektromagnetische Oberflächen (Engineered Electromagnetic Surfaces, EES) sind eine Klasse passiver Meta-Oberflächen, die die Funkabdeckung bei Mikrowellen- und Millimeterwellenfrequenzen durch aufgedruckte leitfähige Muster auf Substraten wie Kunststoff oder Glas künstlich verbessern. Wenn sie an einer Wand, einem Fenster oder einer anderen Struktur angebracht werden, lenken die Streueigenschaften dieser gedruckten Muster die Ausbreitung von HF-Wellen in bestimmte Richtungen um, um die drahtlose Konnektivität zu verbessern. Die EES-Fähigkeit von Wireless InSite bietet die Möglichkeit, die Verbesserung der Abdeckung durch ein statisches EES oder eine einzelne Konfiguration eines metasurface-basierten RIS zu analysieren.
Die EES-Fähigkeit von Wireless InSite basiert auf dem Ray-Optical EES Scattering Model, das vom Communications Research Centre Canada (CRC), einem Teil von Innovation, Science and Economic Development Canada, entwickelt wurde. Die Implementierung des Modells in die Raytracing- und EM-Pfadverarbeitungsberechnungen von Wireless InSite ermöglicht die Vorhersage von Reflexionen, Übertragungen und Beugungen, die mit EES in Bürogebäuden und Stadtgebieten interagieren.
Video: Verwendung von Wireless InSite für die EES-Modellierung...
EES-Metasurface-Materialien
Ein EES wird durch Aufdrucken von leitfähiger, dielektrischer und/oder ferromagnetischer Tinte auf ein Substrat wie Kunststoff oder Glas hergestellt. Diese gedruckten periodischen Muster bewirken, dass einfallende elektromagnetische Felder in gewünschte Richtungen reflektiert, übertragen und/oder gebeugt werden, die nicht unbedingt den herkömmlichen geometrischen Beschränkungen (d. h. dem Snell'schen Gesetz und dem Keller'schen Kegel) gehorchen. In Wireless InSite werden die EES-Materialeigenschaften durch eine Reihe von Phasengradienten dargestellt.
Eine Außenszene ohne EES hat eine schlechte Abdeckung.
Außenszene mit verbesserter Abdeckung, die durch die Platzierung des EES-Diffusors an einer Gebäudeecke erreicht wurde. Die Strahlen werden nach unten gerichtet, um Bereiche zu erreichen, die zuvor tote Zonen waren.
Gitterroste
Ein EES-Gitter ist so konzipiert, dass es eine periodische Impedanzstruktur aufweist, so dass Wellen, die aus einer erwarteten Richtung einfallen, in einem gewünschten Ausstrahlungswinkel reflektiert und/oder übertragen werden. Das Modell ist flexibel, so dass es auf der Grundlage beliebiger Streufeldrichtungen in der horizontalen und/oder vertikalen Ebene entworfen werden kann. In dem in der obigen Abbildung gezeigten Beispiel werden die einfallenden Wellen in einem schrägen Winkel nach unten gestreut, während sie in dem unten gezeigten Beispiel hauptsächlich in horizontaler Richtung gestreut werden.
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Wenn kein EES vorhanden ist, dringen die Wellen in den Raum ein und treffen auf die hintere Wand, wobei sie meist auf der linken Seite des Raums
bleiben.
Ein EES-Gitter an der Rückwand lenkt die Wellen in eine bestimmte Ecke des Raums.
Auslässe
Ein EES-Diffusor zeichnet sich durch Oberflächenimpedanzstrukturen aus, deren Abstand so variiert, dass die Streuwellen über einen Bereich von gewünschten Ausstrahlungswinkeln gestreut werden. Wie bei der Gitter-EES können die Richtungen der Streuwellen über beliebige Bereiche von horizontalen und vertikalen Winkeln definiert werden.
Der EES-Diffusor an der Rückwand lenkt die Wellen breit in Richtung der rechten Seite des Raums.
Übertragbare EES
EES-Diffusoren und -Gitter können so definiert werden, dass sie Übertragungen zulassen. Eine EES, die Übertragungen zulässt, kann beispielsweise zur Modellierung halbtransparenter Metasurfaces verwendet werden, die an einem Fenster angebracht werden könnten, um Wellen in eine bestimmte Richtung oder über einen bestimmten Winkelbereich umzuleiten, während sie sich von außen in ein Gebäude ausbreiten.
Das am Fenster angebrachte EES-Gitter lenkt die Wellen in die hintere rechte Ecke um.
Der am Fenster angebrachte EES-Diffusor verteilt die Wellen breiter im Raum.
Ausführlichere Beschreibungen des Modells sind in der folgenden Referenz zu finden:
Y. L. C. de Jong, "Uniform Ray Description of Physical Optics Scattering by Finite Locally Periodic Metasurfaces," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no. 4, pp. 2949-2959, April 2022, doi: 10.1109/TAP.2021.3137191.
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