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FDTD同轴与腔体仿真_MATLAB电磁场计算及FDTD软件应用

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简介:
本课程深入讲解基于MATLAB的电磁场计算方法及其在FDTD(时域有限差分法)中的应用,重点探讨同轴电缆和腔体结构的仿真技术。 利用MATLAB软件和FDTD算法来求解三维同轴谐振腔电磁场的源代码。

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  • FDTD仿_MATLABFDTD
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    本课程深入讲解基于MATLAB的电磁场计算方法及其在FDTD(时域有限差分法)中的应用,重点探讨同轴电缆和腔体结构的仿真技术。 利用MATLAB软件和FDTD算法来求解三维同轴谐振腔电磁场的源代码。
  • 线仿阻抗
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    本研究聚焦于同轴线中的电磁场特性分析与仿真技术,并探讨精确计算其传输性能的关键参数——阻抗的方法。 电磁场与电磁波相关实验中,同轴电缆是最常见的传输线结构之一。它由中心的圆导体、环绕其外的环形电介质以及外部屏蔽层组成。通过仿真分析来计算同轴电缆内部的电场和磁场分布,并利用这些数据推算出特性阻抗,然后将结果与已知解析式进行比较。 具体步骤如下: 1. 通过对同轴线横截面的电场强度和磁场强度进行仿真分析,观察其实际分布情况并与理论预测做对比。 2. 利用电场在半径方向上的积分计算出内外导体之间的电压差,并通过环路积分确定内导体中的电流。接着利用这些数据来模拟同轴线的阻抗值,并与理论计算结果进行比较。 3. 分析不同参数(如外导体直径、内导体直径及填充介质介电常数)对电磁场分布和特性阻抗的影响,通过仿真观察其变化规律。 4. 根据相关资料了解通信设备中常用的同轴线的特征阻抗值及其使用的材料类型。当给定外导体半径为4.13毫米时,设计并模拟出具有50欧姆及75欧姆特性阻抗的不同结构和介质参数的同轴电缆,并通过电磁场数据计算其实际阻抗值(而非直接使用理论公式)。
  • 二维FDTD仿_Fortran_介质柱
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    本项目采用Fortran语言实现二维时域有限差分法(FDTD)模拟电磁波在包含不同介质柱环境中的传播特性,适用于研究电磁波与复杂媒质相互作用。 二维有限差分时间域(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法是一种广泛使用的数值模拟技术,用于解决计算电磁场问题。在本项目中,我们使用Fortran编程语言实现FDTD算法来研究0°入射角下介质方柱的近场特性。 让我们深入了解FDTD的基本原理。该方法基于泰勒级数展开的时间域方法,在时间和空间上离散化麦克斯韦方程组以求解电磁场问题。这种方法具有计算效率高、适用范围广的优点,能够处理复杂结构和材料的电磁问题。在二维情况下,主要关注电场E和磁场H沿x-y平面上的变化。 建模文件通常包括定义计算区域、边界条件、网格大小以及介质属性等信息,在实际编程中这些会在初始化阶段设置完成。例如,需要定义一个二维网格,并给每个单元赋予相应的介电常数或磁导率值。FDTD的主要迭代过程涉及电磁场的更新公式: E(x,y,t+Δt) = E(x,y,t) - c²Δt²ε(x,y) * H(z,t) H(z,t+Δt) = H(z,t) + c²Δt²μ(x,y) * E(x,y,t) 这里,c代表光速,ε和μ分别表示介质的介电常数和磁导率,而Δt为时间步长。 在本项目中,“介质柱”的模型指FDTD区域内存在一个具有特定介电常数值的矩形区域。该区域与周围环境(通常是空气或真空)形成对比,从而影响电磁波传播及反射特性。0°入射角是指沿x轴正方向传播的入射电磁波。 近场分析文件可能包含了计算和分析近场分布的相关代码和数据。在FDTD中,“近场”通常指的是距离源较近区域,在此区域内电磁场表现出非线性特征,受源的影响显著。通过模拟可以获取电场强度、磁感应强度的分布图等信息。 总结来说,该项目涵盖了FDTD的基本概念、二维电磁场建模技术、特定入射角度处理方法以及介质柱物理特性分析等多个知识点。通过对这些代码进行运行和结果分析,不仅可以深入理解FDTD方法的应用原理,还能增强解决实际问题的能力。
  • WOLFSIM: 宽带光学FDTD模拟器:FDTD仿-开源
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    WOLFSIM是一款开源的宽带光学FDTD(有限差分时域)模拟器,专为电磁波仿真设计,适用于科研和教育领域。 WOLFSIM是一款设计简单但功能强大的时域有限差分电磁模拟器,由北卡罗莱纳州立大学的研究人员开发并维护。它具备以下特点:支持一维、二维或三维周期性结构的模拟;能够处理各向异性的介电常数和电导率材料;可以应对斜入射源问题,并且内置了近场矢量(即全极化)变换功能。 有关WOLFSIM算法的具体详细信息,可以在相关出版物中找到。
  • fdtd.rar_fdtd_一维FDTD仿_三维FDTD程序开发_环境模拟
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    本资源包含一维及三维有限差分时域(FDTD)电磁仿真程序,适用于研究和开发电磁环境模拟。提供源代码下载与学习。 **一维FDTD电磁仿真** 有限差分时域法(Finite Difference Time Domain, FDTD)是计算电磁学中的一个重要方法,主要用于模拟电磁场在时间域内的变化。该方法的基本思想是在空间中离散化,并通过在每个时间步长上更新场变量来求解麦克斯韦方程组。 1. **网格离散化**:FDTD首先将一维空间划分为若干个等间距的网格,每个小段代表一个电磁区域。 2. **场量更新**:对于每一个时间步骤,算法会根据相邻网格中的电场和磁场值来计算当前网格的新场分量。这通常通过中心差分公式实现。 3. **边界条件**:在仿真的边缘处需要设置恰当的边界条件以确保物理问题被准确地模拟出来,例如完美匹配层(Perfectly Matched Layer, PML)用于吸收外泄的电磁波。 4. **源项**:在一维FDTD中可能引入电流或电压源来激发电磁场传播。 5. **时间步长选择**:为了保证数值稳定性,时间步长dt必须小于空间步长dx乘以Courant因子(通常取0.5或0.8)。 **二维和三维FDTD电磁仿真** 扩展到二维和三维,FDTD方法可以处理更复杂的电磁环境。二维FDTD适用于平面波传播、微带天线设计等场景;而三维FDTD则能够模拟更加广泛的电磁现象,例如天线阵列、无线通信系统以及雷达散射等问题。 1. **二维FDTD**:在二维情况下,除了沿x轴的离散化外还需要沿着y轴进行离散。更新场量时需要考虑更多邻近网格的影响。 2. **三维FDTD**:三维FDTD在x、y和z三个维度上都进行了离散化处理,计算复杂度显著增加但能全面模拟空间中的电磁行为。此类模型常用于研究多层介质结构或物体的散射与吸收特性等。 3. **并行计算优化**:由于三维FDTD具有较高的计算需求,通常需要利用OpenMP、MPI等技术进行加速。 4. **内存管理**:在处理大规模三维问题时,合理分配和使用内存变得非常重要以避免溢出情况的发生。 **Matlab实现** 作为一款强大的编程语言,Matlab非常适合于数值计算与科学建模。其内置的数组操作及优化工具可以用于FDTD算法中: 1. **定义网格**:创建空间步长和时间步长定义好的网格结构。 2. **初始化场变量**:在网格上设置初始电场和磁场值。 3. **编写主循环**:通过设定的时间步长更新各点上的电磁场,直至达到预设的仿真结束条件为止。 4. **处理源项**:根据需求插入脉冲或连续波等源项以激发特定模式下的电磁传播现象。 5. **输出与可视化**:记录关键时间点的数据,并使用Matlab内置绘图功能进行结果展示。 6. **优化代码性能**:通过向量化操作和并行计算来提高程序运行效率。 掌握一维、二维及三维FDTD技术,工程师和技术研究人员可以更好地理解和预测电磁场行为,在天线设计、通信系统分析等领域发挥重要作用。
  • 三维FDTD模拟程序(3D-FDTD-MATLAB,PEC边界).rtf
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    本文档提供了一种基于MATLAB环境下的三维有限差分时域法(FDTD)电磁场仿真程序,特别适用于完美电导体(PEC)边界的模拟研究。 三维电磁场FDTD程序(3D-FDTD-matlab)PEC边界,有需要的可以下载学习。
  • 仿的MATLAB实现.rar___仿_MATLAB
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    本资源为《电磁场仿真的MATLAB实现》,涵盖了电磁场、磁场及电磁场仿真等相关内容,适用于学习和研究。 使用MATLAB实现电磁场的仿真,并编写可运行的代码。
  • OpenEMS项目:基于FDTD方法的开源仿工具
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    OpenEMS是一款采用开源模式开发的电磁场仿真软件,它运用了先进的FDTD(时域有限差分)算法,为科研人员及工程师提供了一个强大的、灵活的设计和分析平台。 openEMS 是一个采用 FDTD 方法的开源电磁场求解器。它使用 Matlab 或 Octave 作为简单灵活的脚本界面。 openEMS 的功能包括: - 完整的3D直角坐标和圆柱坐标的渐变网格。 - 多线程、SIMD(SSE)及 MPI 支持,实现高速 FDTD 计算。 - 具有八度和 Matlab 接口来处理分散材料(德鲁德/洛伦兹/德拜类型)。 - 可以将场数据在时域或频域中转储为 vtk 或 hdf5 文件格式,并支持 Octave / Matlab 中的灵活后处理例程。 对于 Ubuntu 用户,安装所有必需依赖项的方法是:首先确保系统已更新,然后使用以下命令安装所需软件包: ``` sudo apt-get install build-essential cmake git libhdf5-dev libvtk7-dev libboost-all-dev libcgal-dev ```
  • MEEP:一款免费的时域有限差分(FDTD)仿
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    MEEP是一款开源且免费的时域有限差分(FDTD)电磁仿真工具,专为科研人员及工程师设计,用于精确模拟光子学、电磁波等领域中的复杂问题。 Meep 是一款免费的开源软件包,利用有限差分时域(FDTD)方法进行仿真,在多个应用领域内广泛使用。其主要特点包括:完全脚本编写能力,支持1D、2D、3D及圆柱坐标中的模拟;适用于分布式内存系统的任何操作系统环境;可移植至各种类似Unix的操作系统中;提供官方预编译的二进制包和通过Conda进行每晚构建的master分支。 该软件包含多种材料类型:各向异性介电常数ε与磁导率μ,以及色散特性ε(ω)及μ(ω),包括损耗/增益、非线性(克尔效应和泡利效应)介质和磁性材料;支持电/磁导率σ,可饱和增益或吸收,并涵盖回旋共振现象。此外,Meep还提供预定义的宽带复杂折射率库。 该软件具备完全匹配层(PML)吸收边界条件、布洛赫周期性和理想导体边界条件功能。同时利用对称性减少计算量,包括偶数/奇数镜平面和90°/180°旋转;亚像素平滑技术能提高精度。