MATLAB三维时域有限差分电磁仿真工具箱（含PML边界条件）

资 源 简 介

本项目提供基于时域有限差分法的三维全矢量电磁场仿真解决方案，集成完美匹配层边界处理模块。支持复杂介质建模与电磁波传播分析，适用于金属、介质等多种材料的电磁相互作用研究。

详 情 说 明

三维时域有限差分法电磁仿真系统（带完美匹配层）

项目介绍

本项目实现基于时域有限差分法（FDTD）的三维全矢量电磁场仿真系统，专门用于复杂介质环境下的电磁波传播分析。系统采用Yee网格离散技术，并集成了卷积完美匹配层（CPML）边界条件处理模块，能够有效模拟电磁波与不同介质（包括金属、介质、各向异性材料等）的相互作用。该系统可广泛应用于光学器件设计、天线辐射分析、电磁散射计算等工程与科研场景。

功能特性

• 全三维电磁仿真：支持三维空间中的电场和磁场分量同步计算
• 复杂介质建模：可设置任意介电常数、磁导率、电导率分布矩阵
• 多种激励源：支持点源、面源、体源等多种源类型，提供高斯脉冲、正弦波等时间波形
• 高效边界吸收：采用卷积完美匹配层技术，极大降低边界反射误差
• 多维度输出：提供时域场量数据、频域特性分析、场分布可视化等功能
• 性能监测：包含能量衰减曲线计算和边界反射误差分析模块

使用方法

输入参数设置

1. 仿真区域参数：

- 三维网格尺寸（Nx, Ny, Nz） - 空间步长（dx, dy, dz）

1. 材料参数：

- 介电常数分布矩阵（三维数组） - 磁导率分布矩阵（三维数组） - 电导率分布矩阵（三维数组）

1. 激励源设置：

- 源类型选择（点源/面源/体源） - 位置坐标指定 - 时间波形设置（高斯脉冲/正弦波等参数）

1. PML参数：

- PML层数设置 - 吸收系数分布配置

1. 仿真时间参数：

- 时间步长设定 - 总时间步数确定

输出结果

• 时域场量数据（Ex, Ey, Ez, Hx, Hy, Hz随时间演变）
• 频域响应特性（通过傅里叶变换获得）
• 场分布可视化结果（二维切片场图、三维等值面渲染）
• 性能分析报告（能量衰减曲线、边界反射误差）
• 场量时间序列MAT格式数据文件

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB以上（根据仿真规模可调整）
• 硬盘空间：至少1GB可用空间（用于数据存储）
• 如需三维可视化，需要支持OpenGL的显卡

文件说明

主程序文件整合了仿真系统的核心功能，包括仿真参数初始化、Yee网格构建、材料参数分配、激励源设置、完美匹配层边界条件实现、时域场量更新迭代计算、数据输出保存以及结果可视化处理。该文件通过协调各功能模块完成从参数输入到结果输出的完整仿真流程，确保了电磁场时域演变的准确计算和有效分析。