電磁波模擬
關注創建者：我是小能 創建時間：2023-02-22
電磁波模擬的視頻教程
電磁波模擬的實例教程
模擬與網格剖分注意事項
在所有電磁模擬中，我們都不應忽視集膚深度這個重要的概念，即材料中的電場減小到表層電場值的
的距離。集膚深度可以定義為：
我們可以看到相對介電常數和磁導率均為復值。
您應始終檢查集膚深度，并與您模型域的特征尺寸進行對比。如果集膚深度遠小于對象，您可以按照 “模擬電磁波問題中的金屬對象” 文章中的做法將域作為一個邊界條件模擬。如果集膚深度與對象尺寸相仿或更大，電磁場將透入對象并在域內發生明顯的相互作用。
入射在電導率及集膚深度不同的對象上的平面波。集膚深度小于波長時，使用邊界層網格（右）。繪制了電場。
如果集膚深度小于對象，那建議使用邊界層網格剖分來求解邊界法向方向上的場中的強烈變化，每單位集膚深度應至少使用一個單元，同時應使用至少三個邊界層單元。如果集膚深度大于介質的等效波長，那就可以通過在每波長應用五個單元來求解介質本身的波長，如上方左圖所示。
小結
本文我們介紹了在 COMSOL Multiphysics 中定義電磁波模型的材料屬性的幾種方法。我們發現，在一定頻率范圍內，用于定義相對介電常數的材料模型甚至也適合定義金屬材料。另一方面，根據 “模擬電磁波問題中的金屬對象” 文章中的介紹，我們還可以通過邊界條件定義金屬域。結合我們之前發布的關于模擬開放邊界條件及模擬端口的文章，我們已經基本掌握了電磁波模擬的所有相關基礎知識。
本文來自： COMSOL 博客
展開 金屬是一種高導電材料，能夠非常好地反射入射的電磁波—光、微波及無線電波。當通過 RF 模塊和波動光學模塊模擬頻域電磁波問題時，您可以通過其中的幾個選項來模擬金屬物體。這里，我們將介紹阻抗、過渡邊界條件和完美電導體邊界條件，并說明每類條件何時使用。
什么是金屬？
對于什么是金屬這個問題，我們可以從用于求解電磁波問題的 Maxwell 控制方程組開始。考慮以下頻域形式的 Maxwell 方程組：
出于本文的討論目的，我們將假設集膚深度相對較小且有損耗的材料都是金屬。有損耗材料指任何介電常數或磁導率為復數值、或電導率非零的材料。也就是說，有損耗材料會向控制方程引入一個虛數值項。這會在材料內產生電流，集膚深度是電流進入材料內深度的測量指標。
工作頻率非零時，電磁感應都會將有損耗材料中的電流推向邊界處。集膚深度是指電流減小到 63% 時進入材料的距離，可以通過以下公式計算：
在極高的頻率（接近光學波段）下，材料接近等離子共振，我們實際上會通過復數值介電常數來表征金屬。但當在低于這些頻率下對金屬進行模擬時，我們可以假設介電常數為一、磁導率為實數值，電導率非常高。因此上述方程可以簡化為：
不過在您開始利用 COMSOL Multiphysics 進行模擬前，首先應計算或粗略估算所有模擬材料的集膚深度。集膚深度和零件尺寸信息，這兩點將確定能否使用阻抗邊界條件或過渡邊界條件。
阻抗邊界條件
如果集膚深度遠小于物體，就可以使用阻抗邊界條件。
過渡邊界條件
過渡邊界條件 (TBC) 適用于模擬物體的厚度與特征尺寸和曲率相比較小的導電材料層。即使厚度是集膚深度的數倍，還是可以使用 TBC。
展開 聲波是高頻“力”的傳播或許不足為奇，但電磁波也有相似的傳播特征，這卻有重大的意義。
二、電磁波 (Electromagnetic wave)又稱電磁輻射、電子煙霧
1865年，James clerk maxwell 創立了經典電磁理論，并預言了電磁波的存在，且通過麥克斯韋方程計算出光速。1887年，赫茲用實驗證明了電磁波的存在。其后，電磁理論逐步完善。
電磁理論認為電磁波是變化電場周圍激發出磁場，變化磁場周圍再激發出電場,空間電場、磁場的相互激變使電磁波實現傳播。然而，進一步研究發現，磁場、電場的本質是“力”。
磁場的定義是，對放入其中的磁體有磁力作用的物質叫磁場。當一個磁針受力偏轉時，就可斷定周圍有磁場。反過來說，如果磁場對任何物質都不產生作用力，就不能稱為磁場，因此磁場的本質是磁力，“磁力”是磁場唯一標志。
同理，電場的本質是電荷對電荷的作用“力”，當電子在某一區域受到力時，就斷定周圍有電場。相反，如果電場中不產生任何力，也就不成為其電場，因此電場就是電荷力的作用場，“力”是電場的唯一標志。
磁場是“磁力”，電場是“電荷力”，那么，電場、磁場的相互激變，必然是電荷力與磁力的激變，因此，電磁波的傳播本質是傳播“電磁力”。
再從電磁波傳播的效果看，在電磁波接收器中，接收到的電磁信號本質是什么？其實是導體獲得微小高頻電流，而電流是電子的流動，但是電子只有受到電磁力作用才會移動，電磁力從何而來呢？是電磁波發射器傳送來的，因此電磁信號的傳遞就是傳遞“電磁力”。
電磁波的本質是傳播高頻的“電磁力”。這似乎難以讓人接受，但電磁波在客觀中的表現卻與此很吻合。
展開 人們對被限制在沿表面傳播的電磁波，例如表面等離激元(SPPs)，有很大的研究興趣，因為它在納米級光控制中有著潛在應用。在這篇文章中，我們將討論如何設置一個仿真來可視化表面等離激元的傳播以及頻率-波矢量色散關系。
表面等離激元簡介
電磁學的控制方程，也就是麥克斯韋方程組，可能看起來很簡單，但它們的含義卻極為廣泛和深刻。因此，傳播的電磁波可以以各種眾所周知的形式存在，如平面波、球面波、高斯波束，以及一些鮮為人知的形式，包括貝塞爾波束、艾里波束和渦旋波束。還有一些被限制在空間內傳播的電磁波，例如在金屬或介電波導中傳播的波導模式。
此外，還有一種特殊類型的被限制在平面上的電磁波。這種類型的波沿切向表面傳播，并在垂直方向上呈指數衰減。與相同頻率的自由空間波長相比，它的波長通常更小。因此，這種類型的波為光子的納米級控制和操作提供了一個潛在的技術平臺，從光通信和信息處理到太陽能收集和數字顯示，這在許多應用中都是需要的。這種類型的波是在金屬-介電界面上發現的，現在被稱為表面等離激元(SSP)。等離激元是指金屬中電荷的集體振蕩。自發現以來，人們已經了解到許多材料系統都支持這種類型的表面波，例如接近其聲子共振頻率的極性介電材料和接近其激子頻率的半導體材料。相應的表面波分別稱為表面聲子偏振子和表面激子偏振子。
無論支持的介質和微觀細節如何，不同類型的表面波背后的宏觀物理學是相似的。在下面的章節中，我們將重點討論介電和金屬界面之間的等離激元建模。然而，需要注意的是，本文所涉及的建模技術也可以通過一些適當的修改，以類似的方式應用在其他表面波，如 Sommerfeld-Zenneck 波和 Dyakonov 波。
最簡單的等離激元色散的推導
為了清楚地了解什么是表面等離激元，讓我們研究一下支持表面等離激元的最簡單的系統，即體金屬-介電界面。
展開 電磁波時域有限差分方法 /葛德彪, 閆玉波 .--西安 :西安電子科技大學出版社 ,2002
246頁, [4] 頁圖版 :圖 (部分彩圖) ;26cm .--(研究生系列教材 ),圖 (部分彩圖) ;圖 (部分彩圖)
西安電子科技大學研究生教材建設基金資助
ISBN:7-5606-1059-5 :CNY20.00
本書共有11章, 討論FDTD基本原理, 介紹Yee元胞及FDTD基本方程, 數值穩定性, 吸收邊界條件, 常用入射波形式及其引進方法等。
Ⅱ.①葛德彪 閆玉波 Ⅲ.①電磁波 Ⅳ.①O441.4 /22
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簡介
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波片模型
波片是由尋常光和非尋常光具有不同折射率值的材料制成
FDTD是求解麥克斯韋方程組的強大工具，能在時間和空間域中精確模擬電磁波與結構化材料的相互作用，其核心是基于Yee算法對麥克斯韋旋度方程進行離散化迭代求解。
仿真邊界條件采用完美匹配層（PML）；網格尺寸設為1nm，保證光傳播與結構相互作用計算的精度；光源為600-1800nm的寬帶平面波，通過邊緣耦合方式注入MIM波導，這種耦合方式在等離子體波導中應用廣泛，插入損耗小。
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模擬任務
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關鍵詞：耦合仿真，微帶線，行波，駐波，功率容量
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由于現代射頻通信系統多采用非線性調制或者脈沖發射
摘要
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模擬任務
散射分類
非吸收球形的散射
本案例仿真了一結構在一側受到低頻振動作用下的頻率響應結果，如圖1所示。
圖1 仿真結果
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