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工程电磁表面(EES)

Wireless InSite 支持模拟射频与工程电磁表面 (EES) 的相互作用。这样就能对无源元表面进行建模,通过操纵信号在场景中的传播方式来优化无线通信覆盖范围。

EES-Webpage-Animation

控制电磁传播环境的能力是 6G 研究的一个重要领域。可重构智能表面(RIS)等应用依靠元表面或反射阵列(一种替代技术)来优化无线信道。工程电磁表面(EES)是一类无源元表面,通过在塑料或玻璃等基材上印刷导电图案,人为增强微波和毫米波频率的无线覆盖范围。当被放置在墙壁、窗户或其他结构上时,这些印刷图案的散射特性会将射频波的传播方向调整到特定的方向,从而增强无线连接。Wireless InSite 的 EES 功能为分析静态 EES 或基于元表面的 RIS 的单一配置对覆盖范围的改善提供了一种方法。

Wireless InSite 的 EES 功能基于加拿大创新、科学和经济发展部下属的加拿大通信研究中心 (CRC) 开发的光线-光学 EES 散射模型。在 Wireless InSite 的光线跟踪和电磁路径处理计算中实施该模型,可以预测与放置在办公楼和城市区域内的 EES 相互作用的反射、传输和衍射。

视频:使用无线 InSite 进行 EES 建模...

EES 金属表面材料

EES 是通过在塑料或玻璃等基底上印刷导电、介电和/或铁磁性油墨而制成的。这些印刷的周期性图案会导致入射电磁场在所需方向上反射、传输和/或衍射,而这些方向并不一定符合传统的几何约束条件(即斯奈尔定律和凯勒锥)。在无线 InSite 中,EES 材料特性由相位梯度阵列表示。

001_Bos_new-2_noEESpow_noPlate
没有 EES 的室外场景覆盖率很低。
004_Bos_new-2_EESpow_paths
室外场景,将 EES 扩散器置于建筑物一角,提高了覆盖范围。光线向下倾斜,可以照射到以前的死角区域。

光栅

EES 光栅设计为周期性阻抗结构,这样从预期方向入射的波将以所需的出射角反射和/或发射。该模型非常灵活,可根据水平和/或垂直面上的任意散射场方向进行设计。在上图所示的示例中,入射波以斜角向下散射,而在下图示例中,入射波主要以水平方向散射。

02_Specular (ITU)
栅格板
在没有 EES 的情况下,波浪进入房间后会撞击后墙,大部分停留在
房间的左侧。
后墙上的光栅 EES 可将电波重新定向到房间的特定角落。

扩散器

EES 扩散器的特点是表面阻抗结构,其间距的变化方式可将散射波扩散到所需的出射角度范围内。与光栅 EES 一样,散射波方向可在任意水平和垂直角度范围内定义。

05_ 扩散器
后墙上的 EES 扩散器可将电波向房间右侧广泛扩散。

可传递的 EES

EES 扩散器和光栅可定义为允许透射。例如,允许透射的 EES 可用来模拟半透明元表面,这种元表面可应用于窗户,以便在波从外部传播到建筑物内时,将波重新定向到特定方向或一定角度范围内。

08_Grating
应用于窗口的 EES 光栅将电波重定向至右后角。
11_DiffuserGlass
应用于窗户的 EES 扩散器可将电波更广泛地传播到整个房间。

有关该模型的更详细说明,请参阅以下参考文献:

Y.L. C. de Jong, "Uniform Ray Description of Physical Optics Scattering by Finite Locally Periodic Metasurfaces," inIEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 70, no.4,第 2949-2959 页,2022 年 4 月,doi: 10.1109/TAP.2021.3137191。

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