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[转载]我的FDTD学习之路（附150M资料收集）

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0楼发表于: 2017-04-13 10:46:23

【原创分享】我的FDTD学习之路（附150M资料收集）
2017-03-31 yc97463240 有点小用吧

前言：随着数值计算和可视化技术的快速发展，电磁学理论不再枯燥无味、晦涩难懂，一批优秀的商业软件，如CST、HFSS、FEKO等，从数值仿真层角度将Maxwell方程学习变得生动有趣，显著降低了电磁学研究的难度。但令人担忧的是，不少用户缺乏电磁仿真基本理解，过度依赖软件仿真，导致了大量时间和精力的浪费。

个人认为：电磁仿真软件开发初衷是辅助用户理解、验证用户预测，而不是代替用户从事科研！为此建议大家至少要从编程层面掌握一种电磁仿真算法的数值实现，这样使用相应软件时便会得心应手、操作自如。下面跟大家分享一下本人学习时域有限差分(FDTD)算法的过程和心得。

（1）辛路历程

图片:1.jpg
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2009年接触电磁数值计算（CEM），学会用商业软件CST仿真天线； K}a[~
2010年3月初次学习FDTD，教材选用葛德彪老师的《电磁波时域有限差分方法》，照着书把公式抄了一通，没整明白，暂时搁置；
2010年9月再次学习FDTD，教材选用Sullivan的《Electromagetic Simulation using the FDTD Method》，基本找到感觉。后来对照Taflove的《Computetional Electrodynamics the FDTD Method》加强学习，并利用matlab初步实现了简单的FDTD仿真（一维、二维电磁波空间传播），FDTD学习基本入门；
2011年利用matlab编程实现了简单周期结构的FDTD仿真（包含周期边界和PML吸波边界实现）以及简单的场路联合仿真（matlab调用pspice电路），FDTD学习迈出了坚实的一步；
2012年以后，从算法层面加强了CST微波工作室各项参数设置的理解，从数值计算层面提高了对网格剖分、激励设置、集总加载、场路联合以及数据后处理实现的认识，仿真效率和精度显著提高（虽然基于FIT技术，但笛卡尔坐标系下与FDTD完全等效）。

（2）心得体会

图片:2.jpg
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1. 选择什么教材入门？
case1 如果你不习惯英文，那么选择西安电子科技大学教材《电磁波时域有限差分方法》，第一遍学习时不求甚解，不怕麻烦。建议看完了合上书，自己把三维FDTD差分离散过程一步一步推导出来，保证你的理解比直看书强百倍。
case2 如果你有一定英语基础，强烈推荐Sullivan的《Electromagetic Simulation using the FDTD Method》，该书的优点是简单直接，通过举例的方式进行介绍，每个例子都有C语言的程序代码。
case3 如果你有一定的计算电磁学基础，那么建议选择Taflove的《Computetional Electrodynamics the FDTD Method》，这本书很厚实，专业性很强，非常适合用于FDTD的进阶学习。

    上述三本经典教材都连续发行了多版，处于入门阶段，大家可以不必纠结于选择哪一版，都差不多：），这些教材的pdf版我已帮大家收集整理，见文章结尾资料收集部分。
2. 选择何种语言编程？
    总的来说，主要有四种语言可供大家选择：Matlab，Fortran，C，Python。
case1 如果没有任何编程基础，建议选择Matlab，因为一方面该语言入门门槛低，另一方面matlab绘图很方便，会给编程调试带来很大帮助。
case2 如果一味追求仿真精度，建议选择Fortran（FormulaTranslation的缩写），该语言是数值计算的首选，执行效率非常高，广泛应用于科学和工程计算领域。
case3 如果对代码有移植的打算，建议选择C语言，当前国内大多高校的计算机程序设计课程都是选择C语言，编程灵活，可供参考的代码较多。
    上述三种语言对应的FDTD编程代码很多，这里为大家收集了部分放在资料共享部分，当然也包括个人编写的简单周期结构电磁仿真的Matlab代码（欢迎交流）。
    特别的，作为入门推荐大家学习Taflove的《Computetional Electrodynamics the FDTD Method》的matlab代码，无论是从算法实现还是从编程风格上都值得参考（见资料收集-2 FDTD学习代码-Matlab文件夹）。

此外，有兴趣的朋友还可以尝试Python语言，专为非专业程序人员开发，完全免费，语法简洁清晰，有丰富的扩展库，可以很轻松的将各种语言的模块结合在一起。

3. 选择哪样软件练习？

图片:5.jpg

    时域电磁仿真软件不胜枚举，例如商业软件CST、xFDTD、FDTD Solutions以及开源软件包MEEP、ToyFDTD、GMES、OpenEMS、FDTD++等等。
    如果使用处于入门阶段，这里首先推荐CST软件。原因很简单，建模效率高、操作简单方便、help文档丰富全面，因此受到广大工程师和学生的极度青睐。
    如果有意向进行二次开发或者深入学习算法实现，可以考虑开源软件，例如基于Python开发的MEEP、GMES，基于C和Fortran的ToyFDTD，基于C++开发的OpenEMS、FDTD++等等。

（3）资料收集

最后，为方便大家学习，本 ..

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