基于MATLAB的三维FDTD电磁场仿真与可视化系统

资 源 简 介

该项目实现了三维有限差分时域（FDTD）电磁场数值仿真，涵盖Yee网格离散、PML边界条件、多种激励源设置及材料参数配置，适用于电磁波传播、散射等问题的研究与教学演示。

详 情 说 明

三维有限差分时域电磁场仿真与可视化系统

项目介绍

本项目完整实现三维FDTD（时域有限差分）电磁场数值仿真。基于Yee网格对Maxwell方程组进行时空离散，采用PML（完美匹配层）吸收边界条件，支持点源与平面波激励，可配置介质材料参数。系统能够模拟电磁波在复杂介质环境中的传播、反射与散射等物理过程，并提供动态可视化与数据分析功能，为电磁仿真研究提供全面的解决方案。

功能特性

• 完整FDTD求解器：实现三维空间电场与磁场的交替迭代更新，严格遵循Yee网格离散格式
• 多种激励源支持：配置高斯脉冲、正弦波等源类型，灵活设置源位置与频谱特性
• PML边界条件：有效吸收外向波，减小边界反射误差
• 材料建模能力：支持非均匀介质分布，可定义空间变化的介电常数与磁导率参数
• 多维度可视化：生成电场/磁场分量在任意剖面的动态分布动画、能量流密度云图
• 数值分析工具：提供稳定性验证与边界反射性能评估报告

使用方法

1. 参数配置：在启动脚本中设置仿真区域尺寸、网格步长、时间步长等基本参数
2. 材料定义：构建表征相对介电常数ε_r和磁导率μ_r的三维分布矩阵
3. 源与边界设置：指定激励源类型、位置及参数，配置PML层厚度与特性
4. 执行仿真：运行主程序进行时域迭代计算，自动保存场数据
5. 结果可视化：调用后处理模块生成场分布动画与分析图表

系统要求

• MATLAB R2018a或更高版本
• 推荐内存：16GB以上（取决于网格规模）
• 显卡支持OpenGL（用于三维渲染）

文件说明

主程序文件集成了仿真流程的核心控制逻辑，负责完成网格初始化、材料参数映射、时域场量迭代更新、边界条件处理以及激励源注入等关键操作，同时协调数据存储与可视化输出模块的执行。