温室环境中RIS形状毫米波场的传播与辐射评估

《IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility》：Propagation and Exposure Assessment of RIS-Shaped mmWave Fields in a Greenhouse

　　

摘要：

在温室中，毫米波（mmWave）通信受到茂密植被的阻碍，这些植被会阻挡视线并导致信号发生散射。我们提出了一种结合 ray-tracing（RT）和全波时域有限差分（FDTD）方法的框架，用于评估在 26 GHz 频率下、真实番茄温室环境中的信号传播和人体暴露情况。通过对 440 个接收位置进行 RT 仿真（使用 Sionna 工具），并将主要的多径成分映射到 FDTD （使用 Sim4Life 工具）中的相干多平面波激励模型中，计算了 Bombus terrestris 蜜蜂模型以及人体头部的吸收参数。人体头部的吸收功率密度计算单位为每平方厘米 4 厘米（APD）。对于各向同性传播情况，平均相干路径增益约为 -122 dB，属于噪声限制区域，昆虫吸收的功率通常在 10^-14 至 10^-12 瓦特（W）之间。当使用定向照明时，可重构智能表面（RIS）可将平均相干路径增益提高约 56.9 dB，使中心 90% 的增益区间变为大约 [-76, -50] dB，并显著改善了信号传输质量；此时昆虫吸收的功率通常在 10^-10 至 10^-8 瓦特之间，在最佳条件下可达到 1.5 × 10^-6 瓦特。在所有情况下，人体暴露的辐射强度均低于 10^-4 瓦特/平方米（W/m^2），且仅限于皮肤表层组织，远低于国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）2020 年制定的公众基本限制标准。该研究量化了 RIS 辅助毫米波通信在植被密集环境中的连接优势，以及相应优化后的信号传播和暴露条件的空间变化性。