C114通信网  |  通信人家园

专题
2023/5/10 14:14

太赫兹频段粗糙表面散射特性研究

邮电设计技术  韩松澎,施纪帆,谢鹏翔,郭兴海

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘要:当电磁波频率增大到太赫兹频段时,太赫兹波的波长与粗糙表面微结构可比拟。粗糙表面将对太赫兹波的传播机理产生重要影响,散射在传播中将发挥关键作用。当下针对太赫兹频段散射特性的研究主要依靠大规模测量,较难实现。因此,使用建模的方法生成符合实际物理分布的粗糙表面,借助全波仿真的方法研究太赫兹波和表面粗糙度的作用机理是研究太赫兹波散射特性的新途径。提出使用轮廓仪捕获典型材料的物理分布特性,并从中提取粗糙面的关键统计参数。基于蒙特卡罗方法,依据统计参数重建该表面的物理分布。将测量表面和重建表面导入Feko进行全波仿真,比较并验证该研究方案的可行性。

关键词:粗糙表面;蒙特卡洛法;太赫兹;全波仿真;散射特性

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2023.04.011

概述

当下,无线通信系统面临着2个关键问题:传统频谱资源的日益短缺和无线网络需求的飞速增长,这迫使无线通信行业亟需开发新的频谱资源以满足用户的迫切需求。在无线通信领域,有限的频谱极其珍贵,对通信、广播、信息网络等领域极其重要。而随着无线通信行业的发展,较低频段的频谱资源已不能满足人们对无线网络的需求,使得无线通信行业开发更高频段的频谱资源以满足市场的需求。

太赫兹(Terahertz,THz)频段是介于毫米波和红外波之间,频率在0.1~10 THz,它在电子学领域被称为亚毫米波,光谱学领域被称为远红外射线,是目前通信研究的热点频段。太赫兹波是目前电磁波谱中唯一一个没有获得全面研究且充分利用的波谱“空白”区。在未来的通信中,太赫兹频段的无线通信有着高数据率的潜力,有望分担繁重的通信压力。因此,对该波段的研究是通信行业当前和未来的重点研究方向之一。对于太赫兹通信而言,由于其波长与环境中大部分表面的粗糙度可比拟,太赫兹波的传播机理将发生重要变化,散射将成为关键的传播机理。

当前针对太赫兹频段散射特性的研究主要依赖于昂贵的太赫兹测量设备和大规模的材料测量。但是,由于太赫兹频段恰好处于由宏观电子学向微观光子学过渡的频段,目前目标材料对太赫兹波的响应机理尚且不明,目标表面可与波长比拟的细微结构对太赫兹波散射的影响规律也不清楚,同时有效的散射特性计算方法与实验测量手段缺乏,这些问题给太赫兹频段目标散射特性理解与太赫兹雷达技术的实际应用带来了严峻挑战。由于太赫兹的衍射和反射相比微波或者毫米波较弱,室内任何的障碍物和移动的人体都有可能破坏通信条件。太赫兹测量设备价格昂贵,实验环境较为严格,对于实际实验室测试的要求较高,实际研究成本较大,且结果易受环境影响。对于太赫兹频段电磁波的研究,传统的实际测量研究方法不能满足大多数情况下的研究要求,过高的测试设备要求导致研究成本昂贵。因此,电磁计算仿真成为了优选的研究方法,对于精确仿真室内环境下的太赫兹通信系统的散射十分重要。

本文利用三维轮廓仪捕获实际粗糙面的高度分布特性,同时基于蒙特卡洛方法依照测得关键参数对粗糙表面进行随机建模,借助全波仿真工具Feko进行电磁仿真,得出由实际粗糙表面和建模重新生成的粗糙表面的散射特性。比较2个表面的散射电场分布,验证利用该方法研究粗糙面散射特性的可行性。

点击查看全文(PDF)>

给作者点赞
0 VS 0
写得不太好

免责声明:本文仅代表作者个人观点,与C114通信网无关。其原创性以及文中陈述文字和内容未经本站证实,对本文以及其中全部或者部分内容、文字的真实性、完整性、及时性本站不作任何保证或承诺,请读者仅作参考,并请自行核实相关内容。

热门文章
    最新视频
    为您推荐

      C114简介 | 联系我们 | 网站地图 | 手机版

      Copyright©1999-2024 c114 All Rights Reserved | 沪ICP备12002291号

      C114 通信网 版权所有 举报电话:021-54451141