二维FDTD仿真高斯脉冲在平面内的传播

资 源 简 介

二维FDTD仿真高斯脉冲在平面内的传播

详 情 说 明

二维FDTD（时域有限差分）方法是计算电磁波传播的经典数值技术。通过离散化时间和空间，能够直观展现高斯脉冲在平面内的动态传输过程。

仿真系统的核心在于对麦克斯韦方程的离散化处理。在二维TM模式下，主要跟踪Ez电场分量以及Hx、Hy磁场分量。每个时间步的计算都遵循特定的更新方程，其中电场值由前一时刻的磁场旋度更新，磁场则由当前时刻的电场旋度更新。

高斯脉冲作为激励源具有理想的时频特性，其平滑的波形有利于数值稳定性。通过合理设置脉冲中心频率和宽度，可以控制仿真所需的频带范围。

PML（完美匹配层）边界条件的实现是关键创新点。这种特殊设计的吸收层能有效抑制边界反射，使仿真区域看起来像是无限大空间。PML通过引入渐变损耗系数来实现波阻抗匹配，确保入射波无反射地进入吸收层。

仿真结果通过.avi视频文件直观呈现三个场分量随时间的演化。这种动态可视化不仅能验证算法正确性，更能帮助理解电磁波的传播机理和与媒质的相互作用。数值仿真中需特别注意CFL稳定性条件，确保时间步长满足离散网格的精度要求。