MATLAB FDTD二维电磁场模拟工具

资 源 简 介

本MATLAB项目实现基于时域有限差分法(FDTD)的二维电磁场模拟，支持Yee网格构建和电磁场交替更新算法，可精确模拟电磁波在不同介质中的传播特性。适用于电磁学教学和研究场景。

详 情 说 明

基于时域有限差分法(FDTD)的二维电磁场模拟项目

项目介绍

本项目实现了《电磁学时域有限差分方法》第12章所述的二维FDTD算法，用于模拟电磁波在介质中的传播特性。通过离散化麦克斯韦方程组，在Yee网格上交替更新电场和磁场分量，能够准确模拟电磁波与不同介质的相互作用过程。

功能特性

• Yee网格离散化：构建符合FDTD方法的交错网格体系
• 场量更新算法：实现电场和磁场的分步交替更新机制
• 介质边界处理：支持不同介电常数、磁导率和电导率的介质设置
• 激励源模拟：提供高斯脉冲和正弦波等多种点源激励方式
• 边界条件处理：采用完美匹配层(PML)技术有效吸收边界反射波
• 动态可视化：实时显示电磁场分布的时空演化过程
• 定量分析：计算场强波形、能量分布及反射透射特性

使用方法

输入参数配置

1. 计算区域参数：设置网格尺寸(Nx×Ny)和空间步长(Δx, Δy)
2. 时间参数：定义时间步长(Δt)和总模拟时间步数
3. 介质参数：指定介电常数ε、磁导率μ、电导率σ的空间分布
4. 激励源参数：选择源类型(高斯脉冲/正弦波)，设置位置、幅度和频率
5. 边界条件：配置PML层厚度和边界类型参数

运行模拟

执行主程序开始电磁场模拟计算，程序将自动完成网格初始化、时间迭代和场量更新过程。

结果输出

• 电场分量Ez和磁场分量Hx、Hy的完整时空分布数据
• 电磁场能量密度随时间变化的分布信息
• 动态电磁场传播过程的可视化动画文件
• 特定监测点的场强-时间波形图
• 反射系数和透射系数的定量分析结果

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存要求：至少4GB RAM（建议8GB以上）
• 存储空间：500MB可用硬盘空间

文件说明

主程序文件完成了项目最核心的电磁场模拟功能，主要包括：计算区域的Yee网格初始化、介质参数的空间分布设置、激励源的定义与引入、基于麦克斯韦方程组的场量更新迭代计算、完美匹配层边界条件的处理、电磁场数据的实时存储，以及模拟结果的动态可视化输出。该文件整合了从参数输入到结果输出的完整模拟流程。