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Tinger FDTD V 0.1 第 1 页 共 21 页Tinger FDTD Tinger FDTD 使用手册使用手册Tinger FDTD 是一款基于 FDTD 算法的二维全矢量电磁场数值模拟软件，可应用于光电、微波、电磁等器件及一般光学器件的仿真、设计优化和教学，也可用于光子晶体和特异材料等现代光子学的研究。利用该软件的数值模拟功能，弥补了无法进行实验验证的缺陷。该软件具有广泛的平台通用性，可以在 Windows、linux、嵌入式 Linux 等平台中运行。并具有友好的图形化界面，为软件使用者提供方便。一、技术背景——有限时域差分法一、技术背景——有限时域差分法大约在 140年前麦克斯韦方程建立了，正是这这四个偏微分方程在理论上统一了电场和磁。佣梢岳寐罂怂刮し匠汤丛げ飧髦值绱挪ǖ南窒，这也正是被诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼称之为在19 世纪人类在科学上最伟大的贡献。现在，世界上有大量的工程学家和科学家，使用从小型台式机到利用处理器阵列进行并行计算的巨型机的各种计算应用平台，来获得麦克斯韦的解。电磁波的研究也已深入到各种领域，应用范围也十分广泛，例如无线电波的传播、光纤通信技术、移动通信技术、雷达技术、微波、天线、电磁成像、地下电磁探测、电磁兼容，等等。电磁波在实际环境中的传播过程十分复杂，例如各种复杂目标的散射，复杂结构天线的辐射，在波导和微带结构中的传播，实际通信中的城市环境、复杂的地形及海面对电磁波传播的影响，等等。具体、实际地研究电磁波的特性有着十分重要的意义。实验和理论分析计算是相辅相成的重要手段。分析计算途径需要结合实际环境的电磁参数求解麦克斯韦方程边值问题，通常只有一些经典问题有解析解。应当说，解析解具有重要的指导意义。然而，由于实际环境的复杂性，往往需要数值解得到具体环境下的电磁波特性。有限时域差分算法（finite-difference time-domain, FDTD）就是这样的一种重要的数值解算法。1 1. .1 1、有限时域差分算法的应用、有限时域差分算法的应用有限时域差分算法在多个电磁现象的研究领域中都获得了广泛的应用，如：（1）辐射天线分析（2）微波器件和导行波结构的研究（3）散射和雷达界面的计算（4）周期性结构分析，如光子晶体、光栅传输特性、周期阵列天线等。（5）电子封装，电磁兼容分析，如多线传输及高密度封装的数字信号传输，分析环境和结构对元器件和系统电磁参数及性能的影响。（6）核电磁脉冲的传播和散射，在地面的反射及对电缆传输线的干扰。（7）微光学元器件中的光传播和衍射特性。（8）负折射介质中的电磁波传播特性。1 1. .2 2、在、在三考虑在没有电流源或磁流源的真空区域，但在这个区域里存在可以吸收电场或磁场的物质。在国际单位制中，含时的麦克斯韦方程组有微分和积分两种形式：三维维坐坐标中的麦克斯韦方程标中的麦克斯韦方程组组