UPML吸收边界的3-D FDTD

资 源 简 介

UPML吸收边界的3-D FDTD

详 情 说 明

在电磁场数值仿真中，时域有限差分（FDTD）方法因其简单高效而被广泛应用。然而，由于计算区域有限，如何有效吸收边界处的反射波成为关键问题。UPML（Uniaxial Perfectly Matched Layer）是一种优秀的吸收边界条件，能够在3-D FDTD仿真中高效吸收 outgoing 电磁波。

UPML的基本思路是在计算区域边界引入各向异性材料层，通过调整其电磁参数使波阻抗与自由空间匹配。这样，电磁波进入UPML层时会逐渐衰减，几乎不产生反射。在3-D设置中，UPML需要处理x、y、z三个方向的边界，每个方向的参数需独立优化。

为正确实现UPML，应注意以下几点： 层数选择：通常8-20层足够，过多会增加计算量。 参数渐变：电导率从零逐渐增加，避免突变引起的反射。 时间步长调整：确保满足CFL稳定性条件。

初学者可以从简单模型（如点源辐射）开始验证UPML效果，逐步扩展到复杂场景。掌握UPML技术能显著提升FDTD仿真的准确性，尤其在天线设计、电磁兼容等领域至关重要。