FDTD算法与Matlab仿真在电磁场与电磁波教学中的应用

黎杨，程莉

FDTD算法与Matlab仿真在电磁场与电磁波教学中的应用

黎杨，程莉

（武汉工程大学 电气信息学院，湖北 武汉 430205）

麦克斯韦方程组是电磁场与电磁波课程中最核心的一个知识点，物理量的抽象性、数学运算的复杂程度和预言产生电磁波等这些方程组的性质学生学习起来特别困难．从麦克斯韦方程组的微分形式出发，使用时域有限差分法（FDTD）推演时变电场和时变磁场在Yee胞中的空间和时间维度更新过程，借助于Matlab编程实现，可视化演示了电磁波的产生和传播过程，使学生更深入、更直观地理解“由麦克斯韦方程组预言电磁波的产生”这一重要性质．

电磁场与电磁波；麦克斯韦方程组；时域有限差分法

电磁场与电磁波是电子信息类本科专业学生的一门必修专业基础课．这门课的理论性比较强，要求学生具备扎实的微积分、矩阵分析、矢量场等数学理论基础，继而具备推导、理解复杂公式的能力[1]．麦克斯韦方程组是电磁场与电磁波课程中最核心的知识点，如何让学生通过前期的电场、磁场基本理论积累，理解掌握麦克斯韦方程组的物理意义和数学表达形式，并最终导出电磁波的产生和传播，是贯穿课程教学的核心知识脉络．

考虑到抽象而复杂的麦克斯韦方程组公式，给学生的学习增加了不少困难．在单纯的微积分和矢量运算公式推导的基础上，借助于计算机仿真软件，能够让学生更直观地看到麦克斯韦方程组的解确……