Ячейки Флоке и MIMO

1.

Рассмотрим две задачи более подробно
1) Моделирование падения плоской волны на границу раздела двух сред с
использованием программы CST MWS (это может оказаться полезным при
моделировании радиопрозрачного обтекателя при оптимизации его характеристик
путем подбора параметров поверхности).
При этом сравниваются два варианта – численное решение и аналитический расчет.
Для моделирования структуры бесконечного размера с периодически
повторяющимися фрагментами были использованы каналы Флоке.
2) Моделирование спектральной эффективности системы MIMO при организации
каналов связи в многолучевой среде (в частности, в КВ-диапазоне при наличии
ионосферного канала распространения)
1

2.

Падение плоской волны на границу раздела двух сред
Электродинамическая формулировка задачи выглядит следующим образом:
На бесконечную в плоскости XOY периодическую структуру падает из верхнего
полупространства плоская волна. Требуется найти рассеянное структурой поле.
2

3.

Для моделирования структуры бесконечного размера с периодически повторяющимися
фрагментами могут быть использованы каналы Флоке.
Рассмотрим известное представление поля внутри прямоугольного канала Флоке.
Под каналом Флоке понимается часть пространства, ограниченная вертикальными
стенками, на которых установлены периодические граничные условия.
Для прямоугольного канала Флоке составляющие поля E, H при z > 0 имеют
следующий вид
3

4.

4

5.

Ряд (1) называется в теории периодических структур разложением поля по гармоникам Флоке, каждая из которых
является членом ряда (1). Можно увидеть, что гармоника Флоке с нулевыми индексами, которую часто называют
основной гармоникой, имеет структуру поля, совпадающую с полем падающей волны. Она характеризует поле
отраженной волны.
Гармоники высших порядков необходимы для описания ближнего поля, которое возбуждается, если период
имеет сложную структуру, например, показанную на рисунке.
В случае плоской поверхности вид решения электродинамической задачи известен. Поле описывается
отраженной и преломленной волнами. Высшие гармоники Флоке не возбуждаются.
Таким образом, применение периодических граничных условий для анализа границы раздела двух сред
оправданно тем, что отраженная и преломленная волны описываются основными гармониками Флоке, а
гармоники высших порядков не возбуждаются.
5

6.

Фрагмент подложки, на которую падает плоская волна
6

7.

Решение задачи о падении плоской волны с помощью CST
7

8.

Решение задачи о падении плоской волны с помощью CST
8

9.

Параметризация угла падения плоской волны: вектора распространения
k и вектора электрического поля E
9

10.

Установка параметров порта Флоке при решении задачи
10

11.

Рассчитанный в CST коэффициент отражения в диапазоне углов падения
для разных толщин подложки
11

12.

Ячейка Unit Cell и волна, падающая параллельно плоскости XoZ
12

13.

Установка моды порта Флоке как поля E параллельной и
перпендикулярной поляризации
13

14.

Установка двух мод взаимноперпендикулярных волн на входе и выходе
канала Флоке
14

15.

Сравнение рассчитанного и модельного коэффициентов отражения в
случае параллельной поляризации
15

16.

Структурные схемы, поясняющие принцип работы MIMO и SIMO систем
16

17.

Модели образования многолучевого канала в MIMO системе
17

18.

Основные теоретические соотношения для системы MIMO
18

19.

Основные результаты моделирования для системы MIMO
19

20.

Основные результаты моделирования для системы MIMO
20