matlab写一个三维FDTD,并展示颜色图

时间: 2023-07-13 10:07:14 浏览: 67
以下是一个简单的三维FDTD的MATLAB代码示例,并展示了一个颜色图: ```matlab % 三维FDTD示例代码 % 定义常量 c0 = 3e8; % 光速 eps0 = 8.854e-12; % 真空介电常数 mu0 = 4*pi*1e-7; % 真空磁导率 % 定义空间参数 Lx = 1; % x方向长度 Ly = 2; % y方向长度 Lz = 3; % z方向长度 dx = 0.02; % x方向网格间距 dy = 0.02; % y方向网格间距 dz = 0.02; % z方向网格间距 Nx = Lx/dx; % x方向网格数 Ny = Ly/dy; % y方向网格数 Nz = Lz/dz; % z方向网格数 dt = 1/(2*c0/sqrt(1/dx^2+1/dy^2+1/dz^2)); % 时间步长 % 定义电磁场数组 Ex = zeros(Nx+1, Ny, Nz); Ey = zeros(Nx, Ny+1, Nz); Ez = zeros(Nx, Ny, Nz+1); Hx = zeros(Nx, Ny+1, Nz+1); Hy = zeros(Nx+1, Ny, Nz+1); Hz = zeros(Nx+1, Ny+1, Nz); % 定义介质参数 eps_r = ones(Nx, Ny, Nz); % 介电常数 mu_r = ones(Nx, Ny, Nz); % 磁导率 % 定义激励源 f0 = 100e6; % 激励频率 w0 = 2*pi*f0; % 激励角频率 t0 = 3/w0; % 激励峰值时间 sigma = 0.5/w0; % 激励高斯宽度 source = zeros(Nx, Ny, Nz); % 激励源数组 for i=1:Nx for j=1:Ny for k=1:Nz source(i,j,k) = exp(-((i*dx-Lx/2)^2+(j*dy-Ly/2)^2+(k*dz-Lz/2)^2)/sigma^2)*sin(w0*(t0-dt)); % 高斯脉冲 end end end % 定义边界条件 boundary = 'pml'; % 边界条件类型 if strcmp(boundary,'pml') pml_thickness = 10*dx; % PML厚度 pml_strength = 1; % PML吸收强度(一般取1) pml_m = 4; % PML阶数 pml_kappa = 1; % PML参数(一般取1) pml_sigma_max = -(pml_m+1)*log(pml_strength)/(2*impedance0*pml_thickness); % PML最大电导率 pml_kappa_max = (pml_m+1)*pml_sigma_max/pml_kappa; % PML最大介电率 pml_sigma_x = zeros(Nx+1,Ny,Nz); % x方向电导率 pml_sigma_y = zeros(Nx,Ny+1,Nz); % y方向电导率 pml_sigma_z = zeros(Nx,Ny,Nz+1); % z方向电导率 pml_kappa_x = ones(Nx+1,Ny,Nz); % x方向介电率 pml_kappa_y = ones(Nx,Ny+1,Nz); % y方向介电率 pml_kappa_z = ones(Nx,Ny,Nz+1); % z方向介电率 for i=1:pml_thickness/dx pml_sigma_x(i,:,:) = pml_sigma_max*(i*dx/(pml_thickness))^pml_m; pml_sigma_x(Nx+1-i,:,:) = pml_sigma_max*(i*dx/(pml_thickness))^pml_m; pml_kappa_x(i,:,:) = 1 + (pml_kappa_max-1)*((i*dx/(pml_thickness))^pml_m); pml_kappa_x(Nx+1-i,:,:) = 1 + (pml_kappa_max-1)*((i*dx/(pml_thickness))^pml_m); end for j=1:pml_thickness/dy pml_sigma_y(:,j,:) = pml_sigma_max*(j*dy/(pml_thickness))^pml_m; pml_sigma_y(:,Ny+1-j,:) = pml_sigma_max*(j*dy/(pml_thickness))^pml_m; pml_kappa_y(:,j,:) = 1 + (pml_kappa_max-1)*((j*dy/(pml_thickness))^pml_m); pml_kappa_y(:,Ny+1-j,:) = 1 + (pml_kappa_max-1)*((j*dy/(pml_thickness))^pml_m); end for k=1:pml_thickness/dz pml_sigma_z(:,:,k) = pml_sigma_max*(k*dz/(pml_thickness))^pml_m; pml_sigma_z(:,:,Nz+1-k) = pml_sigma_max*(k*dz/(pml_thickness))^pml_m; pml_kappa_z(:,:,k) = 1 + (pml_kappa_max-1)*((k*dz/(pml_thickness))^pml_m); pml_kappa_z(:,:,Nz+1-k) = 1 + (pml_kappa_max-1)*((k*dz/(pml_thickness))^pml_m); end elseif strcmp(boundary,'periodic') % 周期性边界条件 Ex(1,:,:) = Ex(Nx,:,:); Ex(Nx+1,:,:) = Ex(2,:,:); Ey(:,1,:) = Ey(:,Ny,:); Ey(:,Ny+1,:) = Ey(:,2,:); Ez(:,:,1) = Ez(:,:,Nz); Ez(:,:,Nz+1) = Ez(:,:,2); Hx(:,1,:) = Hx(:,Ny,:); Hx(:,Ny+1,:) = Hx(:,2,:); Hy(1,:,:) = Hy(Nx,:,:); Hy(Nx+1,:,:) = Hy(2,:,:); Hz(:,:,1) = Hz(:,:,Nz); Hz(:,:,Nz+1) = Hz(:,:,2); end % 开始时间迭代 for n=1:1000 % 更新H场 Hx = Hx + (dt/(mu_r*mu0*dx)) .* (Ez(:,:,2:Nz+1)-Ez(:,:,1:Nz)); Hy = Hy + (dt/(mu_r*mu0*dy)) .* (Ex(:,1:Ny+1,2:Nz+1)-Ex(:,1:Ny+1,1:Nz)); Hz = Hz + (dt/(mu_r*mu0*dz)) .* (Ey(2:Nx+1,:,1:Nz+1)-Ey(1:Nx,:,1:Nz+1)); % 处理PML边界条件 if strcmp(boundary,'pml') Hx(:,1:pml_thickness/dy,:) = Hx(:,1:pml_thickness/dy,:) ... - (dt/(mu_r(:,1:pml_thickness/dy,:)*mu0*dy)) .* (Ez(:,1:pml_thickness/dy,2:Nz+1)-Ez(:,1:pml_thickness/dy,1:Nz)) ... - pml_sigma_x(:,1:pml_thickness/dy,:) .* Hx(:,1:pml_thickness/dy,:); Hx(:,Ny+1-pml_thickness/dy+1:Ny,:) = Hx(:,Ny+1-pml_thickness/dy+1:Ny,:) ... - (dt/(mu_r(:,Ny+1-pml_thickness/dy+1:Ny,:)*mu0*dy)) .* (Ez(:,Ny-pml_thickness/dy+1:Ny,2:Nz+1)-Ez(:,Ny-pml_thickness/dy+1:Ny,1:Nz)) ... - pml_sigma_x(:,Ny-pml_thickness/dy+1:Ny,:) .* Hx(:,Ny-pml_thickness/dy+1:Ny,:); Hx(:,:,1:pml_thickness/dz) = Hx(:,:,1:pml_thickness/dz) ... - (dt/(mu_r(:,:,1:pml_thickness/dz)*mu0*dz)) .* (Ey(2:Nx+1,:,1:pml_thickness/dz)-Ey(1:Nx,:,1:pml_thickness/dz)) ... - pml_sigma_x(:,:,1:pml_thickness/dz) .* Hx(:,:,1:pml_thickness/dz); Hx(:,:,Nz+1-pml_thickness/dz+1:Nz) = Hx(:,:,Nz+1-pml_thickness/dz+1:Nz) ... - (dt/(mu_r(:,:,Nz+1-pml_thickness/dz+1:Nz)*mu0*dz)) .* (Ey(2:Nx+1,:,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz)-Ey(1:Nx,:,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz)) ... - pml_sigma_x(:,:,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz) .* Hx(:,:,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz); Hy(1:pml_thickness/dx,:,:) = Hy(1:pml_thickness/dx,:,:) ... - (dt/(mu_r(1:pml_thickness/dx,:,:)*mu0*dx)) .* (Ez(2:Nx+1,:,1:Nz+1)-Ez(1:Nx,:,1:Nz+1)) ... + pml_sigma_y(1:pml_thickness/dx,:,:) .* Hy(1:pml_thickness/dx,:,:); Hy(Nx+1-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:) = Hy(Nx+1-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:) ... - (dt/(mu_r(Nx+1-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:)*mu0*dx)) .* (Ez(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,:,1:Nz+1)-Ez(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,:,1:Nz+1)) ... + pml_sigma_y(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:) .* Hy(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:); Hy(:,:,1:pml_thickness/dz) = Hy(:,:,1:pml_thickness/dz) ... - (dt/(mu_r(:,:,1:pml_thickness/dz)*mu0*dz)) .* (Ex(:,2:Ny+1,1:pml_thickness/dz)-Ex(:,1:Ny,1:pml_thickness/dz)) ... + pml_sigma_y(:,:,1:pml_thickness/dz) .* Hy(:,:,1:pml_thickness/dz); Hy(:,:,Nz+1-pml_thickness/dz+1:Nz) = Hy(:,:,Nz+1-pml_thickness/dz+1:Nz) ... - (dt/(mu_r(:,:,Nz+1-pml_thickness/dz+1:Nz)*mu0*dz)) .* (Ex(:,2:Ny+1,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz)-Ex(:,1:Ny,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz)) ... + pml_sigma_y(:,:,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz) .* Hy(:,:,Nz-pml_thickness/dz+1:Nz); Hz(1:pml_thickness/dx,:,:) = Hz(1:pml_thickness/dx,:,:) ... - (dt/(mu_r(1:pml_thickness/dx,:,:)*mu0*dx)) .* (Ey(1:Nx+1,2:Ny+1,1:Nz+1)-Ey(1:Nx,2:Ny+1,1:Nz+1)) ... - pml_sigma_z(1:pml_thickness/dx,:,:) .* Hz(1:pml_thickness/dx,:,:); Hz(Nx+1-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:) = Hz(Nx+1-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:) ... - (dt/(mu_r(Nx+1-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:)*mu0*dx)) .* (Ey(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,2:Ny+1,1:Nz+1)-Ey(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,2:Ny+1,1:Nz+1)) ... - pml_sigma_z(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:) .* Hz(Nx-pml_thickness/dx+1:Nx,:,:); Hz(:,:,1:pml_thickness/dy) = Hz(:,:,1:pml_thickness/dy) ... - (dt/(mu_r(:,:,1:pml_thickness/dy)*mu0*dy)) .* (Ex(1:Nx+1,:,2:Nz+1)-Ex(1:Nx+1,:,1:Nz)) ... + pml_sigma_z(:,:,1:pml_thickness/dy) .* Hz(:,:,1:pml_thickness/dy); Hz(:,:,Nz+1-pml_thickness/dy+1:Nz) = Hz(:,:,Nz+1-pml_thickness/dy+1:Nz) ... - (dt/(mu_r(:,:,Nz+1-pml_thickness/dy+1:Nz)*mu0*dy)) .* (Ex(1:Nx+1,:,Nz-pml_thickness/dy+1:Nz)-Ex(1:Nx+1,:,Nz-pml_thickness/dy+1:Nz)) ... + pml_sigma_z(:,:,Nz-pml_thickness/dy+1:Nz) .* Hz(:,:,Nz-pml_thickness/dy+1:Nz); end % 更新E场 Ex(:,2:Ny,:) = Ex(:,2:Ny,:) + (dt/(eps_r(:,2:Ny,:)*eps0*dy)) .* (Hz(:,2:Ny+1,:)-Hz(:,1:Ny-1,:)); Ex(:,Ny,:) = Ex(:,Ny,:) + (dt/(eps_r(:,Ny,:)*eps0*dy)) .* (Hz(:,1,:)-Hz(:,Ny,:)); Ey(2:Nx,:,:) = Ey(2:Nx,:,:) + (dt/(eps_r(2:Nx,:,:)*eps0*dx)) .* (Hz(2:Nx+1,:,:)-Hz(1:Nx-1,:,:)); Ey(Nx,:,:) = Ey(Nx,:,:) + (dt/(eps_r(Nx,:,:)*eps0*dx)) .* (Hz(1,:,:)-Hz(Nx,:,:)); Ez(:,:,2:Nz) = Ez(:,:,2:Nz) + (dt/(eps_r(:,:,2:Nz)*eps0*dz)) .* (Hy(:,:,2:Nz+1)-Hy(:,:,1:Nz-1)); Ez(:,:,Nz) = Ez(:,:,Nz) + (dt/(eps_r(:,:,Nz)*eps0*dz)) .* (Hy(:,:,1)-Hy(:,:,Nz)); % 添加激励源 Ez(:,:,1) = Ez(:,:,1) + source(:,:,n); % 显示模拟结果 if mod(n,10)==0 slice_index = round(Nx/2); slice = reshape(sqrt(abs(Ex(slice_index,:,:)).^2+abs(Ey(slice_index,:,:)).^2+abs(Ez(slice_index,:,:)).^2),[Ny,Nz]); imagesc(slice'); axis equal; axis off; colormap(jet); colorbar(); drawnow; end end ```

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