FDTD算法总结

计算电磁学(Computational Electromagnetics, CEM)是通过数值计算来研究电磁场的方法。

数值求解电磁学问题的方法可以分成频域(Frequency Doamin, FD)、时域(Time Domain, TD)等两类。

频域法基于时谐微分,通过对多个采样值的傅里叶逆变换得到所需的脉冲响应,使用这种方法,每次计算只能求得一个频率点上的响应。这类方法包括矩量法(Method of Moment, MoM)、频域有限差分(Finite Difference Frequency Doamin, FDFD)等。

时域法按时间步进求得有关场量,一次求解可以获得很宽频带范围内的解。这类方法包括时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)、时域有限单元(Finite Element Time Domain,FETD)等。最为著名的时域方法就是FDTD。

FDTD是美籍华人K.S. Yee 于1966 年提出的求解微分形式Maxwell方程组的数值方法。

一、物理方程

1864年, Maxwell在前人理论和实验的基础之上,建立了统一的电磁场理论,并用一组数学方程揭示了宏观电磁场的基本规律,这就是著名的Maxwell方程组。

Maxwell方程组有四个方程组成:描述电荷如何产生电场的高斯定律;论述磁单极子不存在的高斯磁定律;描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定理;描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。

对于各项同性线性介质,物性方程为,

在上述公式中,各符号含义如下:

|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------|--------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| | 电感强度 | |
| | 电荷密度 | |
| | 磁感强度 | |
| | 电场强度 | |
| | 磁场强度 | |
| | 传导电流密度 | |
| | 介电常数 | 在真空中, |
| | 磁导率 | 在真空中, |
| | 电导率 | |

在三维笛卡尔坐标系下,有

在二维情况下,上述方程可简化为,

二、数值模型

参考文献

  • K S Yee .Numerical solution of initial boundary value problems involving maxwell's equations in isotropic mediaJ.IEEE Transactions on Antennas & Propagation, 1966, 14(5):302-307.DOI:10.1109/TAP.1966.1138693.
  • 梁铨廷. 物理光学(第五版). 2018
相关推荐
船厂电气自动化ai大模型8 小时前
AI大模型与数学/第63课:矩阵定义、矩阵加法、标量乘法(逐级精讲)
数据结构·人工智能·深度学习·线性代数·算法
余额瞒着我当琳8 小时前
算法修炼 chapter 2 双指针进阶、盛最多水的容器、有效三角形的个数、两数之和、三数之和、四数之和
算法
你压到我腿毛了6668 小时前
C语言冒泡算法(Bubble sort)
c语言·数据结构·算法
靠沿9 小时前
贪心算法专题(三)
算法·贪心算法
super大力张9 小时前
MOE基于结构的药物设计(七):Ligand R-Vectors——如何判断配体可以从哪里继续生长?
数据库·算法·cadd·moe·svl·基于结构的药物设计
Tongsr10 小时前
别只混淆代码:用 Kaleido 加固整个 Android Release AAB
前端·算法·github
高亦真10 小时前
今天是学习嵌入式的第34天
linux·学习·算法
飞Link11 小时前
动作方法中的分割与过度分割方法全解析(含代码实战与踩坑案例)
人工智能·python·算法·计算机视觉
张宇Joaquin12 小时前
鲲鹏统一并行加速库KUPL--异步数据拷贝
线性代数·算法·矩阵·numpy
GlobalInfo12 小时前
创新不是追逐热点,是在变化中建立长期竞争力
大数据·算法