MATLAB实现的基于CPML边界的二维FDTD电磁场仿真教学系统

资 源 简 介

该项目提供了一个完整的二维FDTD电磁场仿真框架，采用CPML吸收边界条件。系统通过可视化界面直观展示电磁波在不同介质中的传播过程，特别适合FDTD初学者学习和理解电磁场数值仿真方法。

详 情 说 明

基于CPML边界的二维FDTD电磁场仿真教学系统

项目介绍

本项目实现了一个完整的二维时域有限差分法（FDTD）电磁场仿真框架，采用卷积完美匹配层（CPML）作为吸收边界条件。系统通过直观的可视化界面展示电磁波在不同介质中的传播过程，特别适合FDTD初学者理解算法原理和边界条件的应用。系统支持自定义仿真参数、实时场强分布显示和动态传播过程动画。

功能特性

• 完整的FDTD算法实现：基于二维Maxwell方程组的离散化求解，包含电场和磁场的时空迭代计算
• 先进的CPML边界条件：采用卷积完美匹配层技术，有效吸收边界反射波
• 多源激励支持：支持高斯脉冲和正弦波等多种激励源配置
• 实时可视化：动态显示电磁波传播过程和场强分布热图
• 性能分析工具：提供边界吸收效果对比、能量衰减曲线等分析功能
• 教学友好设计：参数配置直观，结果展示清晰，便于理解FDTD原理

使用方法

1. 参数配置：设置仿真区域网格尺寸、空间步长、时间步长等基本参数
2. 激励源设置：指定激励源位置、频率和波形类型
3. 介质定义：配置仿真区域内各位置的介电常数分布
4. 边界条件配置：设置CPML层数和衰减系数等参数
5. 运行仿真：执行FDTD迭代计算，实时观察波传播过程
6. 结果分析：查看场强分布、边界吸收效果、能量衰减等分析结果

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：4GB以上
• 磁盘空间：至少1GB可用空间

文件说明

系统的主程序文件整合了仿真参数初始化、FDTD迭代计算核心算法、CPML边界条件处理、电磁场分量更新以及结果可视化等完整功能流程。该文件负责读取用户配置参数，构建仿真计算所需的数据结构，执行时步推进循环，并在每个时间步长内按照FDTD算法更新电场和磁场分量，同时应用CPML吸收边界条件以减少非物理反射。计算过程中实时生成电磁场分布的可视化图形，最后输出包括场强时间序列、动态传播动画和边界性能分析在内的多项结果。