基于MATLAB的三维FDTD电磁仿真系统与UPML边界实现

资 源 简 介

本项目开发了一个完整的三维时域有限差分法（FDTD）仿真系统，支持自定义介质分布和激励源设置，实现了UPML吸收边界条件，可高效模拟电磁波传播与散射问题。

详 情 说 明

三维FDTD电磁仿真系统与UPML吸收边界条件实现

项目介绍

本项目基于Keely J. Willis的研究基础，开发了一个完整的三维时域有限差分法（3-D FDTD）电磁场仿真系统。系统能够模拟电磁波在复杂介质环境中的传播特性，通过实现UPML（单轴完美匹配层）吸收边界条件，有效减小计算域的边界反射，提高仿真精度。该系统适用于电磁兼容分析、天线设计、光子晶体研究等领域的数值仿真需求。

功能特性

• 三维空间离散化：支持自定义网格尺寸和空间步长，灵活构建仿真计算域
• 介质建模：可设置任意三维分布的相对介电常数和磁导率参数
• 多源激励：提供点源、平面波等多种激励源类型，支持自定义时空特性
• 完整算法实现：基于Maxwell方程组的时域迭代求解，包含所有电磁场分量（Ex, Ey, Ez, Hx, Hy, Hz）
• 高效边界吸收：集成UPML吸收边界条件，显著降低边界反射误差
• 实时可视化：动态显示电磁场分量演化过程，支持场强分布云图生成
• 全面分析功能：提供反射/透射系数计算、能流密度分析和数值稳定性评估

使用方法

1. 参数配置：在配置文件中设置网格参数、时间步长、介质属性、激励源特性和UPML参数
2. 运行仿真：执行主程序启动计算过程，系统将自动进行时域迭代求解
3. 结果分析：查看实时生成的场分布动画和数据分析图表
4. 数据导出：保存电磁场时域数据、性能指标和可视化结果

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：8GB以上（与仿真规模相关）
• 磁盘空间：至少1GB可用空间（用于数据存储）
• 支持的操作系统：Windows 10/11, Linux, macOS

文件说明

主程序文件实现了系统的核心仿真流程，包括计算域的初始化、介质参数配置、UPML边界条件的构建、电磁场更新方程的迭代求解、激励源的注入、场值的实时监控与可视化输出，以及最终的数据保存与性能分析报告生成。该文件整合了所有关键算法模块，为用户提供完整的仿真解决方案。