風行電磁波模擬 (FonSinEM) - Free ElectroMagnetic Simulator

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更新資訊

2020/02/04

FonSinEM V2.20 :

V2.20更新 Update

新增 Constant Transverse Wavenumber method (Spectral FDTD)

新增範例偶極頻率選擇面 (Dipole Frequency Selective Surface)

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V2.12 更新 Update

增加平面波入射單一結構時，結構會自動延伸入進入吸收層。

(由於平面波會延伸入吸收層內激發，因此若在單一結構下沒有延伸入吸收層，

角落部分將產生些許散射訊號)

*新增近場轉遠場繞射場形與結構的繪製

*新增單矩形孔洞遠場繞射場形與解析解範例

● 單一矩形奈米波導孔洞 - 遠場繞射場 Single Rectangular Hole - Far-Field Radiation Pattern

若網頁新增資訊、問題修正或其他更新，會發佈在facebook上通知

www.facebook.com/fonsinem

有模擬上的問題請寄信 : fonsinem@gmail.com

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三維奈米金屬球體 (Metallic Nano Sphere)

局域表面電漿共振 Localized Surface Plasmon Resonance

Dipole

波長 (Wavelength) = 1095 nm

局域表面電漿共振

Localized Surface Plasmon Resonance

Quadrupole

波長 (Wavelength) = 625 nm

局域表面電漿共振

Localized Surface Plasmon Resonance - Quadrupole

微帶線 : 低通濾波器 (Microstrip Low Pass Filter)

表面電漿子耶路薩冷十字形共振器 (Plasmonic Jerusalem Cross-Shaped)

https://sites.google.com/site/fonsinem/3d_instruction_examples/jeru_cross

Paper : "Dual-band plasmonic resonator based on Jerusalem cross-shaped nanoapertures"

3D CAD 版發佈 :

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您好、歡迎您來此！ (網站裡有許多動畫圖、讀取圖會花多一些時間)

首先、風行電磁模擬 (FonSinEM) 是什麼？

風行是基於有限差分時域法 (Finite-Difference Time-Domain , FDTD ) 的全波電磁波模擬軟體 (Full Wave ElectroMagnetic Simulator)。FDTD 是一種基於解微分方程的數值方法，與FEM (Finite element method)，MoM (method of moments)三者為電磁波相關問題的主流模擬方法，各有各的優點及缺點。詳細可參考wiki

FDTD ：http://en.wikipedia.org/wiki/Finite-difference_time-domain_method

FEM：http://en.wikipedia.org/wiki/Finite_element_method

也可參考，新通訊 2012 年 3 月號 133 期《技術前瞻》有三者的比較

http://www.2cm.com.tw/technologyshow_content.asp?sn=1203030004

那什麼時候需要使用到有限差分時域法 ( FDTD )：當幾何結構尺寸與電磁波波長相近時。

風行有三種不同的有限差分時域數值法來模擬電磁波 (EM Simulation)。第一：傳統 FDTD。第二：Field Transform (Split Field Method SFM)，是專門處理斜向入射平面波問題時所使用。第三：Compact-FDTD，為解色散模態用。

風行亦支援

* 平行化運算 (Parallel Computing) (使用 MPICH2 資料庫 MPI : Message Passing Interface)

* GPU加速運算 (需支援 Cuda 8.0 以上的 Nvidia 顯示卡)

當然！風行是完全免費 (Free EM simulation software) 的！

風行有什麼功能?

★★★ 輕鬆製作動畫圖 - 看電磁波傳播情況 ★★★

暫態場 (時域)

★★★ 頻譜計算與近場與遠場場圖分析 ★★★

穩定態 (Steady State) 金屬球體與入射電場偏振方向關係.

不同的結構、觀察顯示方式

Dipole

Qudra-Pole

切割結構、觀察不容易看見的內部電磁場，繪畫波印亭能量流動方向

週期結構擴充 (Period Extend)

任意偏振方向入射(線、橢圓、圓偏振)，計算散射吸收或穿透反射頻譜，遠場的分析

微帶天線 Microstrip_Patch_Antenna

三維介電質球體 (Dielectric Sphere - Mie)

超新穎材料 Metamaterial

高斯波束入射負折射介質板 (Gaussian beam incident a Negative refractive index plate)

★★★ 調整喜歡的顏色風格 (matlab Colormap) ★★★

遠場繞射圖形分析

★★★ 色散關係計算 ★★★

風行能做什麼?

有限差分時域法FDTD是解微分方程的數值方法，當然並不只限於解電磁波問題，只是以此為主較多。而FDTD也還在演化中，一直有新的解決各種材料問題或加速計算的數值法。風行具備了基本常用的功能，雖然沒法像商用軟體般能作琳瑯滿目的事，但作為基本學習軟體也已足夠。

風行能做什麼？電性（磁性）等向性材料(Isotropic)、非等向性(Anisotropic)、色散材料模型(Debey, Drude, Lorentz, Modified Lorentz)、集總電路元件(Lumped element)皆有支援。

例如：等向性材料如玻璃(折射率n=1.5)、光子晶體(Photonic Crystal)(不同折射率週期性排列)，非等向性材料如液晶(Liquid Crystal)(不同軸折射率不同)，色散材料模型：舉凡材料折射率大小與波長有關者，如金屬、半導體、人的皮膚、肌肉、人造超新穎(Metamaterial)負折射介質(negative refractive index)、石墨烯(Graphene)等、都能用電(磁)性色散模型模擬之。色散模型能擬合的材料非常多，基本上只要是線性效應的大多能擬合.

相關訊息

推薦學習FDTD的書本

這本是免費的，可至作者網頁下載

Understanding the Finite-Difference Time-Domain Method, John B. Schneider, www.eecs.wsu.edu/~schneidj/ufdtd, 2010

http://www.eecs.wsu.edu/~schneidj/ufdtd/index.php

風行集總元件是參考這本書的，書裡對集總元件寫得很詳細

The Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetics: With MATLAB Simulations

Atef Z. Elsherbeni, Veysel Demir

學過有限差分時域法的人大多是讀這本

A. Taflove and S. C. Hagness, Computational Electrodynamics: The Finite-difference Time-Domain Method, 2nd Edition (Artech House, Boston, 2000).

其他免費的 : 有限差分時域法FDTD可供學習使用 ( Free ElectroMagnetic Simulator)

電磁波：