MATLAB FDTD电磁场仿真系统 - 三维时域有限差分模拟工具箱

资 源 简 介

本项目采用时域有限差分法实现三维电磁场的全波数值仿真，能够求解麦克斯韦方程组并支持自定义介质参数与多种激励源设置，适用于电磁波传播分析与教学研究。

详 情 说 明

FDTD电磁场仿真系统

项目介绍

本项目是基于时域有限差分法（FDTD）的三维电磁波传播模拟程序，主要用于求解麦克斯韦方程组的时域数值解。通过Yee网格离散技术和蛙跳式时间推进算法，实现了电磁场在复杂介质环境中的传播仿真，为电磁场分析、天线设计、微波器件优化等领域提供可靠的数值模拟工具。

功能特性

• 核心算法：采用标准的FDTD方法，结合Yee网格空间离散和蛙跳式时间推进
• 介质支持：支持自定义介电常数、磁导率、电导率的三维分布
• 激励源类型：提供正弦波、高斯脉冲、平面波等多种激励源配置
• 边界处理：实现完全匹配层（PML）边界条件，有效吸收外向波
• 可视化功能：实时显示电磁场分布的动态演变过程
• 数据分析：支持场量的时空数据记录、导出和分析处理

使用方法

基本参数设置

设置仿真区域网格尺寸(Nx, Ny, Nz)、空间步长(Δx, Δy, Δz)和时间步长(Δt)

介质配置

定义相对介电常数ε_r、相对磁导率μ_r、电导率σ的三维分布矩阵

激励源设置

配置源类型、位置坐标、频率/带宽参数和幅度值

边界条件

指定PML层数及相关参数，设置边界类型

运行仿真

设置仿真时长（总时间步数或物理时间），启动计算过程

结果输出

获取电磁场数据集、场分布可视化图像、时域信号曲线和能量分析结果

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 内存要求：最低8GB，推荐16GB以上（取决于网格规模）
• 存储空间：至少2GB可用空间
• 软件依赖：MATLAB R2018a或更高版本

文件说明

主程序文件整合了仿真系统的核心功能模块，包括仿真参数初始化、Yee网格构建、介质参数映射、激励源注入、时域场量更新循环、边界条件处理、实时可视化显示以及结果数据输出等完整流程。该文件通过协调各功能组件实现了从参数输入到结果输出的全自动仿真过程，为用户提供了一站式的电磁场模拟解决方案。