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电磁场与电磁波实验报告实验项目： 一维FDTD方法模拟电磁波传播 班 级： 通信A班 姓 名： 学 号： 同组姓名： 同组学号： 指导老师： 汤炜 实验日期： 2011-12-20 一、 实验目的要求1、 了解数值方法的基本原理，熟悉时域有限差分方法(FDTD)的计算思路。2、 复习Matlab语言，学习编程的基本技巧和编程思路。3、 加强对电磁波理论的了解，理解反射系数，透射系数等基本概念。4、 形象展示电磁波的传播及与介质板的作用过程。二、 实验内容利用一维FDTD方法对电磁波传播及反射透射进行仿真三、 实验仪器计算机 Matlab编译系统四、 实验原理该实验的中心思想就是利用麦克斯韦方程组来建立模型，然后根据模型编写程序，对模型进行仿真实验，通过matlab的图形仿真来实现入射波、透射波、反射波的波形波形仿真。1、一维Maxwell方程：2、在将时间空间进行离散化处理，其核心思想是将计算区域的空间和时间进行划分空间：例如：三维空间划分为立方块，二维空间划分为正方柱，一维空间划分为平面板。划分的区域非常小，以至于可以认为场量在该区域是不变的。时间：将电磁波的与目标的作用时间划分为很多时间小段，可以认为场量在该时间段内是不变的。 时空的标定：空间的划分长度为s，一维情况下用ks表示每个场点的空间位置，并简记为k。例如:E (k)=E (ks)表示k位置的电场时间的划分长度为t，利用nt表示某个时刻，并简记为n。(书写时写在上标位置)表示A的x分量在(n+0.5)t时刻、(k+0.5)s位置的值3、一维FDTD方法中的离散原则：电场：空间位置位于整空间步长，时间位于整时间步长。磁场：空间位置位于半空间步长，时间位于半时间步长。空间序列：时间序列：故综合表示，电场和磁场分别可表示型如：4、麦克斯韦思维方程组与差分方程的结合：同理根据另一Maxwell方程得：两个迭代方程中右边：后时刻场量左边：前时刻场量即如果能够得到前一时刻的电场和磁场，根据方程即可得到后一时刻的场量。5、空间步长和时间步长的设定：原则上说，空间步长和时间步长越小越好。实际上，太小的步长会导致计算速度过慢，内存占用较多。常用的设定为：其中： 为计算区域中的最小波长在以上约束条件下，迭代方程可写为：6、计算模型：模型说明：介质板厚度为9cm，相对介电常数为4。待求问题：介质板的反射系数和透射系数(05GHz)7、建模根据计算频段与媒质特性可知，媒质中的最小波长根据前面描述的时间步长和空间步长的约束，可以得到：以上为该实验的原理及模型建立的方法步骤，除此之外，试验中还应注意初始值的设立，否则也得不到实验预期的结果。五、 实验结果1、 空间电场分布(迭代步数为：？)(至少6幅图片)n=300n=600n=900n=1200n=150
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