MATLAB三维电磁波FDTD-PML仿真系统

资 源 简 介

本项目基于MATLAB实现三维电磁波传播的FDTD-PML仿真，采用完全匹配层边界条件，可模拟波前演化、反射透射等物理现象，支持自定义介质参数。

详 情 说 明

三维电磁波传播的FDTD-PML仿真系统

项目介绍

本项目实现了一个基于时域有限差分（FDTD）方法的三维电磁波传播仿真系统。系统采用完全匹配层（PML）作为吸收边界条件，能够准确模拟电磁波在三维空间中的传播过程，包括波前演化、反射、透射等关键物理现象。通过支持用户自定义介质参数、激励源设置和边界条件配置，本系统为电磁波传播研究提供了强大的数值仿真工具。

功能特性

• 三维FDTD核心算法：实现完整的三维电磁场离散化计算，支持电磁场分量的交错网格技术
• 高效PML边界条件：采用完全匹配层技术有效吸收边界反射波，保证仿真精度
• 灵活的参数配置：支持自定义仿真区域尺寸、空间步长、时间步长等关键参数
• 多种激励源类型：提供点源、面源等多种激励方式，支持高斯脉冲、正弦波等时间波形
• 丰富的可视化输出：生成电磁场时程数据、能量分布图、动态传播动画等多种结果
• 性能量化评估：提供PML边界反射系数的量化分析，评估边界吸收效果

使用方法

参数设置

1. 设置仿真区域的三维网格尺寸（NX×NY×NZ）和空间步长（Δx, Δy, Δz）
2. 配置时间参数，包括时间步长（Δt）和总仿真时长
3. 定义介质参数矩阵，指定相对介电常数（ε_r）和磁导率（μ_r）的空间分布
4. 设置激励源参数：选择源类型、指定位置坐标、定义时间波形特性
5. 配置PML参数：确定边界层数和衰减系数分布

运行仿真

执行主程序启动仿真计算，系统将自动进行电磁场迭代计算并保存结果数据。

结果分析

• 查看电磁场各分量（Ex, Ey, Ez, Hx, Hy, Hz）的三维时空分布
• 分析电磁能量密度在空间中的分布特征
• 通过动态可视化观察电磁波传播过程
• 评估PML边界的反射性能

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 运行环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存要求：至少8GB RAM（建议16GB以上用于大规模仿真）
• 存储空间：至少1GB可用空间用于数据存储

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能，包括仿真参数的初始化、三维FDTD算法的完整实现、PML边界条件的处理逻辑、激励源的施加机制以及结果数据的输出与可视化模块。该文件负责协调整个仿真流程，从参数读取到计算执行，最终生成电磁场分布数据和相关的分析图表，实现了电磁波传播过程的完整数值模拟。