„Entwicklung von Mess-und Berechnungsverfahren zur ... - BMU

Seite 89 von 187 des Abschlussberichtes "Entwicklung geeigneter Mess- und Berechnungsverfahren"
in drei wesentliche Arbeitsschritte. Zunächst werden alle relevanten Ausbreitungspfade in der
zu berechnenden Umgebung, die aus der Geometrie und den elektrischen Materialparametern
aller Objekte besteht, gesucht. Im Anschluss an diese Strahlensuche steht die Berechnung des
Übertragungsverhaltens aller Pfade, woran sich die Berechnung der Empfangsleistung unter
Verwendung dieser Parameter anknüpft.
3.2.2 Feldtheoretische Modellierung
Die feldtheoretischen Berechnungsverfahren basieren auf der direkten numerischen Lösung
der Maxwellschen Gleichungen mit Hilfe von Integral- oder Differentialgleichungssystemen.
Als wichtigste Varianten sind hier die Finite Element Methode (FEM), die Finite Differenzen
Methode (FDM), die Finite Differenzen im Zeitbereich (Finite Difference Time Domain,
FDTD) und die Integralgleichungsmethode (IE) zu nennen.
Eine Verwendung für die Berechnungen der Wellenausbreitung in Gebäuden oder sogar
Städten benötigt immens viel Rechenleistung und Speicherplatz, da der gesamte Simulationsraum
auf mindestens 1/10 der Wellenlänge diskretisiert werden muss.
3.2.3 Hybridmethoden
Werden zwei oder mehr Methoden zu einem neuen Modell kombiniert entsteht eine sogenannte
Hybridmethode. Hierbei sollen Nachteile einer Methode durch die Vorteile einer
anderen ausgeglichen werden.
So lässt sich z.B. zuerst FDTD im Nahbereich (einige Wellenlängen) um die Antenne einsetzen,
um ein effektives Strahlungsdiagramm unter Berücksichtigung der Montageumgebung zu
berechnen, und anschließend ein strahlenoptisches Modell anwenden, um die „großen“
Strecken bis zum Beobachtungsgebiet zu überbrücken, um schließlich wieder mittels FDTD
die kleinräumige Struktur im Beobachtungsgebiet (wenige Wellenlängen) zu berechnen.
3.2.4 Fazit
In [BOR 02-1] wurde herausgearbeitet, dass innerhalb der analytischen Verfahren die strahlenoptischen
Verfahren vor allem bezüglich des anwendbaren Entfernungsbereiches, des
Anwendungsbereiches, der Bedienungsfreundlichkeit, der Eingabedetailliertheit und des
Rechenaufwandes Vorteile gegenüber den feldtheoretischen Verfahren haben. Die Vorteile
der feldtheoretischen Verfahren auf der anderen Seite liegen hingegen in den Bereichen
Genauigkeit und Auflösung. Hybridverfahren können die Vorteile beider analytischen Hauptverfahren
kombinieren.
Deswegen wurde für diese Studie aus jeder der oben beschriebenen Gruppen ein auf dem
jeweiligen Verfahren basierendes Softwarepaket ausgewählt, um zu überprüfen, in wie weit
diese theoretischen Überlegungen mit der Praxis übereinstimmen.