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二维TE波传播的FDTD仿真是电磁场数值模拟中的经典问题,常用于分析波导、天线和散射等问题。FDTD(时域有限差分)方法通过离散化Maxwell方程,在时域内逐步更新电场和磁场分量,实现对电磁波传播的动态模拟。
对于TE(Transverse Electric)模式,电场仅存在于横向平面(如Ez分量),而磁场则包含横向和纵向分量。在二维情况下,通常只需考虑Ez、Hx和Hy三个场分量。
UPML(Uniaxial Perfectly Matched Layer)是一种高效的吸收边界条件,用于模拟开放空间中的电磁波传播。它通过在边界区域引入各向异性介质,逐步衰减入射波,从而有效减少非物理反射。
仿真流程主要包括: 空间离散化:将计算区域划分为Yee网格,确定电场和磁场的采样位置。 时间步进:使用蛙跳算法交替更新电场和磁场,满足Courant稳定性条件。 UPML实现:在边界区域修正本构关系,引入衰减系数以吸收外向波。
关键点包括介电参数设置、激励源(如高斯脉冲)的引入,以及近场到远场的变换(如需计算辐射方向图)。优化UPML参数(如层数和衰减分布)可显著提高仿真精度。