基于MATLAB的时域有限差分法传输线电磁场计算系统

资 源 简 介

本项目实现TD-FDM算法核心，通过离散化Maxwell方程组求解传输线电磁场分布。支持多介质参数、边界条件和激励源设置，提供完整的时域电磁传播模拟与验证功能。

详 情 说 明

基于时间域有限差分法的传输线电磁场计算与验证系统

项目介绍

本项目实现了时间域有限差分法（TD-FDM）的核心算法，专门用于求解任意传输线结构中的电磁场传播问题。系统通过对Maxwell方程组进行离散化处理，在时域内精确模拟电磁波的传播过程，能够有效处理不同介质参数、边界条件和激励源的传输线场景。通过将数值计算结果与解析理论解进行对比，可系统地评估算法的准确性与收敛性。

功能特性

• 核心算法：采用时间域有限差分法（TD-FDM），基于Yee网格进行空间离散，确保电磁场分量在空间和时间上的交错采样。
• 边界处理：集成完全匹配层（PML）边界条件，有效吸收透射波，模拟无反射开放边界，减少计算域边界反射对结果的影响。
• 灵活配置：支持用户自定义传输线几何尺寸、材料电磁参数（ε, μ, σ）、激励源特性（如高斯脉冲）以及网格划分精度。
• 结果验证：提供数值解与理论解的对比功能，自动计算相对误差并进行收敛性分析。
• 数据可视化：生成电磁场分布的动态或静态图像，包括时域波形、空间场分布云图及误差分析图表。

使用方法

1. 参数设置：在程序主入口或配置文件中，设定传输线的几何参数、材料属性、激励源位置与波形、网格步长（Δx, Δy, Δt）以及PML边界条件参数。
2. 执行计算：运行主程序。系统将自动进行网格剖分、初始化场量，并执行时间步进迭代计算，更新整个计算域内的电场与磁场分量。
3. 结果分析：计算完成后，程序将输出电磁场数据矩阵、关键传输线参数（如特性阻抗），并生成与理论解对比的误差报告。
4. 查看结果：通过内置的可视化功能，观察电磁波的传播过程、稳态场分布以及误差的空间分布情况。

系统要求

• 操作系统：Windows、Linux 或 macOS。
• 软件环境：MATLAB R2018a 或更高版本。
• 硬件配置：建议内存4GB以上。对于大型计算问题，需要更大内存以处理高分辨率网格产生的数据。

文件说明

主程序文件承担了系统的核心调度与执行功能。它负责读取用户输入的各类参数，初始化计算区域和电磁场数组，并主导时间迭代循环。在每次迭代中，它调用相应的函数更新电场和磁场分量，应用设定的边界条件（特别是PML处理），同时监控激励源的注入。计算结束后，该文件还负责组织输出数据，执行与解析解的对比验证，并调用图形绘制模块生成各种结果图表，从而完成从参数输入到结果呈现的全流程管理。