基于MATLAB的二维TM波金属方柱散射FDTD-UPML仿真系统

资 源 简 介

本项目采用FDTD方法结合UPML边界条件，实现了二维横磁波入射金属方柱散射的数值仿真。系统包含空间网格划分、金属结构建模、高斯源激励和边界吸收等功能，为电磁散射研究提供有效的MATLAB解决方案。

详 情 说 明

二维TM波金属方柱散射问题的FDTD-UPML仿真系统

项目介绍

本项目是一个基于时域有限差分法（FDTD）与非分裂完全匹配层（UPML）的数值仿真系统，专门用于模拟二维横磁波（TM波）入射到金属方柱时的电磁散射行为。系统通过完整的FDTD算法实现电磁场的时步推进，结合UPML吸收边界有效抑制人工反射，并采用近场-远场变换技术计算散射特性。最终通过多种可视化手段展示电磁波与金属结构的相互作用过程。

功能特性

• 完整的FDTD求解器：实现二维TM波的麦克斯韦方程时域离散求解
• UPML吸收边界：采用非分裂式完全匹配层技术，有效吸收外向波
• 金属方柱建模：支持自定义金属方柱尺寸、位置和电导率参数
• 高斯脉冲激励：可设置中心频率、脉冲宽度和源位置的高斯源激励
• 近场-远场变换：将计算域边界近场数据转换为远场散射方向图
• 多维度可视化：提供电场分布、散射方向图、时域波形和收敛性分析

使用方法

1. 参数配置：根据需要修改输入参数，包括：

- 金属方柱几何尺寸与材料属性 - 计算域空间离散参数（网格尺寸与数量） - 高斯脉冲源特性参数 - UPML边界层厚度与吸收系数 - 仿真时间参数（需满足CFL稳定性条件）

1. 运行仿真：执行主程序开始计算，系统将自动完成：

- 计算域初始化与金属结构建模 - 时步迭代推进电磁场更新 - UPML边界条件处理 - 近场数据采集与远场变换

1. 结果分析：查看生成的各类输出结果：

- 电场分布动态序列图 - 散射场角度分布方向图 - 监测点时域电场波形 - 能量收敛性分析曲线 - 散射截面频率响应（可选）

系统要求

• 操作系统：Windows/Linux/macOS
• 运行环境：MATLAB R2018a或更高版本
• 内存需求：建议4GB以上，与计算域网格规模相关
• 存储空间：至少1GB可用空间用于数据存储

文件说明

主程序文件整合了仿真系统的全部核心功能，包括计算域参数初始化、金属方柱几何模型构建、UPML吸收边界条件设置、高斯脉冲激励源定义、时步迭代过程中电场与磁场的交替更新计算、近场至远场变换算法的执行，以及最终结果的可视化输出生成。该文件通过协调各功能模块的顺序执行，实现了从参数输入到结果输出的完整仿真流程。