KAPALI ORTAMLARDA ELEKTROMANYETİK DALGA YAYILIMININ 3 BOYUTLU IŞIN İZLEME YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ İÇİN BİR SİMÜLATÖR TASARIMI

Abstract

Elektromanyetik (EM) dalgaların yayılımı, üzerinde çokça araştırmanın yapıldığı bir konudur. Yapılan çalışmalar göstermiştir ki açık görüşün olduğu ortamlarda daha basit hesaplamalar yapılarak gerçeğe yakın sonuçlar elde edilebilirken ortamın karmaşık hale gelmesiyle bu hesaplamalar da karmaşık hale gelebilmektedir. Literatürde elektromanyetik dalgaların yayılımını modelleyen pek çok yöntem mevcuttur. Bu modellerden biri olan deterministik yöntemler, ortamın geometrisini, dielektrik özelliklerini, ışının yansıma, kırılma ve kırınım gibi olaylarını dikkate almaktadır. Deterministik yöntemlerden bazıları bu etkileri Maxwell denklemleri ile çözerek başarılı sonuçlar üretebilmektedir. Bununla birlikte Maxwell denklemleri çözümlerinin getirdiği karmaşıklık ve işlem yükü beraberinde belirli dezavantajlar da getirmektedir. Bu zorlukların önüne geçmek amacıyla yaklaşımsal teknikleri kullanan bir diğer deterministik yöntem olan ışın izleme teknikleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında, kapalı ortamlarda elektromanyetik dalgaların yayılımını tahmin etmek amacıyla ışının temel olayları olan kırılma, yansıma ve kırınım etkilerini bilimsel metotlarla hesaba katan 3 boyutlu ışın izleme yöntemi kullanılmıştır. Bu amaçla istenilen ortamın 3 boyutlu modellenebileceği, alıcı ve verici kablosuz düğümleri istenilen parametrelerle konumlandırılabileceği bir 3 boyutlu ışın izleme yazılım aracı ve kütüphanesi geliştirilmiştir. Programın doğruluğunun test edilebilmesi için gerçek tünel ortamından sonuçlar alınmıştır. Ölçüm alınan tünel ortamı, geliştirilen program aracılığı ile 3 boyutlu olarak modellenip çeşitli senaryolar denenmiştir. Gerçekleştirilen senaryolarda yansıma ve kırınım olaylarının etkileri gözlemlenmiştir.

Electromagnetic (EM) wave propagation is an important research area on which many studies have been done. The studies show that while realistic results can be achieved for simple environments with clear sight, the computations costs can be high for the complex environments. In literature, there are a lot of methods that model the propagation of EM wave. One of these methods is deterministic models. The deterministic models can take into accounts the geometry of the environment, reflection, refraction, diffraction effects. Some deterministic methods can produce successful results by solving Maxwell equations. However, the complexity due to the resolution of Maxwell equations is the disadvantages of these methods. To overcome these disadvantages, different approach methods such as ray tracing have been proposed. In this thesis, in order to predict the EM wave propagation in closed environments, 3D Ray tracing method that takes into account the reflection, refraction and diffraction effects has been discussed and implemented. For this purpose, a 3D Ray Tracing software tool, which can model the environment of interest, and consider the transmitter and receiver parameters, has been developed. The measurements taken from a real tunnel environment have been used in order to test the accuracy of the program. The tunnel environment has been modeled in 3D by the developed program, and then different scenarios have been carried out in this model. In the scenarios, the effects of reflection and refraction have been observed.