[发明专利]基于MoM与UTD相结合的室内电磁环境预测方法

说明书

本发明提出了一种基于MoM与UTD相结合的室内电磁环境预测方法，主要解决现有技术中测试成本高、计算误差大和预测精度低的问题。其实现方案为：1、建立室内仿真模型与天线仿真模型，提取室内仿真模型中的几何信息和电参数信息，提取天线仿真模型的工作频率和源点位置；2、设置室内的采样点作为场点；3、追踪从源点到场点在室内仿真模型中的所有射线，存储射线信息和射线的作用点；4、用矩量法MoM计算射线作用点的辐射电场；5、根据射线作用点的辐射电场，计算所有射线到场点的电场；6、叠加同一场点所有射线到场点的电场，得到预测结果。本发明预测准确，且成本低，效率高，可用于室内外微型通信系统建设以及电磁辐射安全评估。

技术领域

本发明属于计算电磁学领域，特别涉及一种室内电磁环境预测方法，可用于仿真计算房屋内部环境的电场值。

背景技术

随着无线通信的日益发展，移动通信建设越来越密集，对通信容量的要求越来越高，因为通信所使用的频率也越来越高，所以通信基站逐渐由传统的室外基站转移到室内，此时，室内移动通信系统如路由器等设备的布局问题以及辐射安全问题需要用室内电磁环境预测的方式来分析。现有的室内电磁环境预测方法主要有统计方法和仿真计算方法两种。其中：

统计方法通常是通过对移动通信服务区内的场强进行实际测量，在大量的实测数据中用统计的方法总结出一系列方程作为预测公式来运用，例如移动通信工程中最常使用的Hata模型和COST231Walfish-Ikegami模型。通常测试需要加工好的天线模型以及测试机器，况且房屋结构不一样，统计的结果不能代表所有房屋的结果，因此会消耗很高的人力、物力成本。

仿真计算方法使用的是计算电磁学中的方法。在对室内无线通信电磁环境进行仿真计算时，由于目前的移动通信系统频率越来越高，发射的电磁波波长越来越小，建筑物相对于电磁波波长点尺寸也越来越大，因此室内环境的电磁仿真问题可以归纳为求解电大尺寸的电磁问题范畴内。此时如何精确、快速的求解成为这类工程问题的关键和难题。常用的计算电磁学方法包括精确的低频算法和近似的高频算法。低频算法包括矩量法MoM，有限元方法FEM等；高频算法包括物理光学法PO，一致性几何绕射理论UTD等。MoM最早是由G.Petrov提出，之后由R.F.哈林登系统引入并阐述了其在电磁计算领域的应用分析，矩量法以其高精确度等优点得到了普遍应用，但是当频率升高时，该方法对计算资源的占用急剧增加，因此该方法不适合计算室内规模的电大尺寸问题；UTD作为一种适合电大尺寸模型计算的高频近似方法，其在机载天线和舰载天线的仿真设计方面，以及电磁波在复杂环境，例如城市小区等场景下的电磁传播计算方面都有很好的应用，但是UTD方法无法准确计算天线的辐射场，会在焦散区出现无穷大的结果。在计算室内电磁环境问题时也有使用高频方法中的弹跳射线法SBR，但该方法无法解决模型边缘存在的绕射射线问题，射线的缺失将导致仿真结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的缺陷，提出一种基于MoM与UTD相结合的室内电磁环境预测方法，以降低测试成本，减小计算误差，提高预测精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)建立室内仿真模型和天线仿真模型，提取天线仿真模型的工作频率f和源点位置R_s，提取室内仿真模型中的几何信息和电参数信息，建立几何信息与电参数信息的对应关系，其中，几何信息包括建筑物的面和边，电参数信息包括室内所有建筑材料的相对介电常数ε_r、相对磁导率μ_r和电损耗系数σ；

(2)设置室内的采样点，即场点R₀；

(3)追踪在室内仿真模型中源点R_s和场点R₀之间的所有射线：

(3a)设定射线类型包括直射射线、反射射线、绕射射线以及透射射线，分别对每种类型的射线进行寻迹，记录每种射线的作用点和对应的面编号；