fortran计算频率域垂直长导线源的电磁场

要计算频率域垂直长导线源的电磁场，可以使用有限差分法（FDTD）或有限元法（FEM）。在这里，我们将介绍如何使用FDTD方法在Fortran中计算电磁场。

以下是一个简单的Fortran程序示例，用于计算频率域垂直长导线源的电磁场。在这个例子中，假设导线长度为L，电流为I，导线距离地面为h，导线距离观测点为r，观测频率为f。

program fdtd

    implicit none
    
    integer, parameter :: N = 100 ! 网格数
    real, parameter :: L = 100.0, h = 10.0, I = 1.0, f = 1.0e6 ! 导线长度、距离、电流、观测频率
    real, parameter :: c = 3.0e8 ! 光速
    real :: dx, dy, dz, dt, t, r, k, alpha, beta, gamma ! 离散步长、时间步长、时间、距离、波数、阻抗、传播常数
    real :: Ex(N, N), Ey(N, N), Ez(N, N), Hx(N, N), Hy(N, N), Hz(N, N) ! 电场和磁场
    integer :: i, j, n ! 网格和时间步数
    
    ! 计算离散步长和时间步长
    dx = L / N
    dy = dx
    dz = dx
    dt = 1.0 / (2.0 * f)
    
    ! 计算波数、阻抗和传播常数
    k = 2.0 * PI * f / c
    alpha = sqrt((1.0j * k * h) ^ 2 + 1.0)
    beta = sqrt((1.0j * k * r) ^ 2 + 1.0)
    gamma = alpha * beta
    
    ! 初始化电场和磁场
    Ex = 0.0
    Ey = 0.0
    Ez = 0.0
    Hx = 0.0
    Hy = 0.0
    Hz = 0.0
    
    ! 开始时间迭代
    do n = 1, 1000
        
        t = n * dt
        
        ! 计算Hx、Hy和Hz
        do i = 1, N - 1
            do j = 1, N - 1
                Hx(i, j) = Hx(i, j) - dt / (mu * dx) * (Ez(i, j + 1) - Ez(i, j))
                Hy(i, j) = Hy(i, j) - dt / (mu * dy) * (Ez(i + 1, j) - Ez(i, j))
                Hz(i, j) = Hz(i, j) - dt / (mu * dz) * (Ex(i, j) - Ex(i, j + 1) + Ey(i + 1, j) - Ey(i, j))
            end do
        end do
        
        ! 计算Ex、Ey和Ez
        do i = 1, N - 1
            do j = 1, N - 1
                Ex(i, j) = Ex(i, j) - dt / (epsilon * dx) * (Hz(i, j) - Hz(i, j - 1))
                Ey(i, j) = Ey(i, j) - dt / (epsilon * dy) * (Hz(i - 1, j) - Hz(i, j))
                Ez(i, j) = Ez(i, j) - dt / (epsilon * dz) * (Hx(i, j) - Hx(i, j - 1) + Hy(i - 1, j) - Hy(i, j))
            end do
        end do
        
        ! 在导线上施加电流
        do i = 1, N
            Ex(i, N / 2) = Ex(i, N / 2) + I / (epsilon * dx)
            Ey(i, N / 2) = Ey(i, N / 2) + I / (epsilon * dy)
            Ez(i, N / 2) = Ez(i, N / 2) + I / (epsilon * dz) * exp(-1.0j * k * r) / gamma
        end do
        
        ! 在观测点计算电场和磁场
        ! 这里假设观测点在导线正下方，距离为h
        Ex(N / 2, N / 2) = Ex(N / 2, N / 2) + I / (epsilon * dx) * exp(-1.0j * k * h) / alpha
        Ey(N / 2, N / 2) = Ey(N / 2, N / 2) + I / (epsilon * dy) * exp(-1.0j * k * h) / alpha
        Ez(N / 2, N / 2) = Ez(N / 2, N / 2) + I / (epsilon * dz) * exp(-1.0j * k * h) / gamma
        
    end do
    
    ! 保存结果
    
end program fdtd

这个程序将在二维平面中计算电磁场，并在导线上施加电流，在观测点计算电场和磁场。您可以通过更改导线的长度、距离、电流和观测频率来模拟不同的场景。