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エンジニアド・エレクトロマグネティック・サーフェス(EES)
Wireless InSiteは、人工電磁波表面(EES)とRFの相互作用のシミュレーションをサポートします。これにより、信号がシーンをどのように伝播するかを操作することで、無線通信のカバレッジを最適化するように設計されたパッシブ・メタサーフェスのモデリングが可能になります。
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電磁波伝搬環境を制御する能力は、6G研究の重要な分野である。リコンフィギュラブル・インテリジェント・サーフェス(RIS)などのアプリケーションは、無線チャネルを最適化するために、メタサーフェスまたは代替技術である反射アレイのいずれかに依存している。エンジニアード・エレクトロニック・サーフェス(EES)はパッシブ・メタサーフェスの一種であり、プラスチックやガラスなどの基板上に導電性パターンを印刷することで、マイクロ波やミリ波周波数の無線カバレージを人工的に向上させる。壁や窓、その他の構造物に設置すると、これらの印刷パターンの散乱特性により、RF波の伝搬が特定の方向に方向転換され、ワイヤレス接続が強化されます。Wireless InSiteのEES機能は、静的EESまたはメタサーフェスベースのRISの単一構成によるカバレッジの改善を分析する方法を提供します。
Wireless InSiteのEES機能は、カナダ革新・科学・経済開発省の一部であるカナダ通信研究センター(CRC)が開発した光線EES散乱モデルに基づいています。このモデルをWireless InSiteのレイトレーシングおよびEMパス処理計算に実装することで、オフィスビルや都市部に設置されたEESと相互作用する反射、透過、回折の予測が可能になります。
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EESメタサーフェス・マテリアル
EESは、プラスチックやガラスなどの基板上に導電性、誘電性、強磁性インクを印刷することで構築されます。これらの印刷された周期的パターンにより、入射電磁界は、従来の幾何学的制約(すなわち、スネルの法則やケラーの円錐)に必ずしも従わない所望の方向に反射、透過、回折します。Wireless InSiteでは、EESの材料特性は位相勾配の配列で表されます。
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EESのない屋外シーンはカバー範囲が狭い。
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EESディフューザーを建物の角に設置することでカバー範囲が改善された屋外シーン。光線は下向きに角度がつけられ、以前はデッドゾーンであったエリアにも届く。
格子
EES回折格子は、予想される方向から入射した波が所望の出射角度で反射・透過するような周期的なインピーダンス構造を持つように設計されている。このモデルは、水平面および/または垂直面における任意の散乱磁場方向に基づく設計を可能にする柔軟性を備えています。上図の例では、入射波が斜め下方向に散乱していますが、下図の例では、ほぼ水平方向に散乱しています。
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EESが存在しないと、波は部屋に入って奥の壁にぶつかり、ほとんど部屋の左側(
)に残る。
奥の壁に設置されたグレーティングEESは、部屋の特定のコーナーに向けて波をリダイレクトする。
ディフューザー
EESディフューザーは、所望の出射角度の範囲で散乱波を広げるように間隔が変化する表面インピーダンス構造によって特徴付けられる。グレーティングEESと同様に、散乱波の方向は水平方向と垂直方向の任意の角度範囲で定義することができます。
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奥の壁に設置されたEESディフューザーは、部屋の右側に広く波動を導く。
透過性EES
EESのディフューザーやグレーティングは、透過を許可するように定義することができる。一例として、透過を許可するEESを使用して半透過メタサーフェスをモデル化し、窓ガラスに適用することで、外部から建物内に伝播する波を特定の方向または角度範囲に向けることができます。
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窓に貼られたEESグレーティングが波を右後方へリダイレクトする。
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窓に貼られたEESディフューザーが、より広く部屋全体に波動を広げる。
モデルのより詳細な説明は、以下の文献を参照されたい:
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, pp.2949-2959, April 2022, doi: 10.1109/TAP.2021.3137191.
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