基于FDTD方法的MATLAB电磁场时域仿真系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB实现了基于时域有限差分法(FDTD)的电磁场仿真系统，支持一维/二维/三维空间的电磁波传播模拟。系统核心包括麦克斯韦方程离散化、多种边界条件(PEC/PMC/吸收边界)处理及激励源(高斯脉冲/正弦波等)注入，可直观展示电磁场动态分布。

详 情 说 明

基于FDTD方法的电磁场时域仿真与分析系统

项目介绍

本项目采用有限差分时域法（FDTD）实现了一维、二维及三维空间中的电磁波传播时域数值模拟。系统基于Yee网格离散技术，能够求解麦克斯韦方程组，支持多种边界条件处理、激励源类型和材料参数设置，并提供电磁场动态可视化与定量分析功能，适用于电磁波传播、散射及与复杂媒质相互作用的研究与教学。

功能特性

• 多维度仿真：支持一维、二维、三维空间的电磁场时域模拟。
• 核心求解器：基于Yee网格对麦克斯韦方程进行离散化求解，确保数值稳定性。
• 边界条件处理：包含理想电导体（PEC）、理想磁导体（PMC）及完全匹配层（PML）等吸收边界条件。
• 激励源类型：提供高斯脉冲、正弦波等多种时域信号源。
• 材料建模：允许用户自定义空间各点的相对介电常数与磁导率分布。
• 动态可视化：实时显示电场与磁场的时空演化过程。
• 能量分析：计算并输出仿真区域内的电磁能量分布。
• 性能评估：可分析边界反射系数、场强极值、传播速度等参数。

使用方法

1. 参数配置：设置仿真空间尺寸、网格离散参数（Δx, Δy, Δz, Δt）及总时间步数。
2. 定义材料：构建表示相对介电常数εr和相对磁导率μr分布的三维矩阵。
3. 设置边界：为仿真区域各边界指定PEC、PMC或PML等条件。
4. 添加激励源：指定源类型（如高斯脉冲）、位置、频率或带宽等参数。
5. 运行仿真：执行主程序开始时域场计算。
6. 结果分析：查看动态场图、能流密度、频域响应等输出数据。

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 软件环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存：建议4GB以上（三维仿真需更大内存）
• 存储空间：至少1GB可用空间（用于存储场数据结果）

文件说明

主程序文件整合了仿真流程的核心功能，包括：初始化仿真参数与计算网格；根据用户输入设置材料属性和边界条件；在计算循环中按时间步进更新电磁场分量，并处理激励源注入；实时绘制电磁场分布并进行动态刷新；仿真结束后，对时域场数据进行能量计算、频谱分析和性能指标评估，最终生成可视化结果与定量分析报告。