Comsol学习笔记3：完美匹配层PML

最新推荐文章于 2025-03-28 10:38:31 发布
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在COMSOL中仿真远处的声音的传播情况，如果完全建模需要消耗大量的计算资源。
推荐使用完美匹配层。

完美匹配层(PML) 用于模拟声波在远离声源传播过程中被吸收的情况。

计算后， PML 层外表面显示压力为零，这证实 PML 层有效地吸收出射波，起到了衰减的功能。

参数设置：将 PML 拉伸类型设为有理数后，我们可以在压力波的较大波长和入射角范围内 （就如
此模型中遇到的）有效使用 PML。

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一步一步实现基于COMSOL的单模光纤波导仿真，简单易懂，跟着博客就能实现
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1]尤双双,李孝坤.基于PML的FDTD法正演模拟[J].中国锰业,2018,36(06):191-194.DOI:10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2018.06.045.[3]李志. 基于FDTD的高阶PML算法及其在集成电路仿真中的应用[D].天津工业大学,2021.DOI:10.27357/d.cnki.gtgyu.2021.000394.但是在截断时，我们面临着在其边界上的反射问题。假设一个波向外传播，它最终会到达允许空间的边缘，这是由矩阵在程序中的尺寸决定的。
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字段在每个时间步长更新，在一个空间中，其中自由空间的所有物理参数未规范化为 1，而是给定实值和已知值。更准确地说，Hx 部分在每个半 y 坐标和完整 x 坐标处定义，Hy 部分在每半 x 坐标和完整 y 坐标和 E 场处定义，即 Ez 部分在每个完整的 x 和完整的 y 坐标点上定义。这里的边界条件是完全匹配层 （PML） 边界条件，其中边界附近的场在到达边界宽度的预定长度上衰减到边界处的零值，使用多项式递增的电导率值在边界宽度上，在边界宽度处最大值，并在边界宽度的每个点选择一个磁导率值以避免在该点反射。
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超构透镜相比传统的透镜，有以下优点。使用comsol进行仿真模拟，输入光的波长，超构透镜长度和最小间隔，折射率等参数，我在本实验中使用的是532nm的可见光。系统给出532nm下超构透镜的最佳配置，除聚焦光束外还有部分光波，可以通过小孔滤波去除以得到纯净高斯光束。在光路中，准直和滤波可以用一个4f系统和小孔组成，在光学平台上需要很大的空间，如下图（图片公式来自。简单来说，通过一个4f系统和小孔，滤波得到一个纯净的高斯光束，小孔的大小可以用公式计算。系统自动生成最长的超构透镜的宽度255nm。
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COMSOL Multiphysics 稳态电流 稳态焦耳热 静电 磁场（三维的不可以，只可以是稳态或低频的） RF模块 电磁波  频域  时域显示  瞬态 波动光学模块 电磁波  频域  时域显示  瞬态  波束包络 AC/DC模块 实体中的电流 壳中的电流 静电 磁场（可以计算三维） 磁场和电场 磁场公式 旋转机械 边界条件 介质或金属材料的厚块 介质或金属材料的薄膜 完美传导边界 周期性条件 波导馈源 电磁波激励 吸收（辐射）边界 域条件 散射问题的背景场激励 模拟自由空间的完美匹配层 波动光学仿真模
comsol建模怎么做完美匹配层
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### 如何在 COMSOL 中设置和使用完美匹配层 (PML) 进行电磁波仿真建模 #### 定义 PML 层 为了有效减少反射并模拟无限空间，在定义几何结构时需添加一层或多层作为吸收边界。这通常位于模型外部，包围着主要研究区域[^2]。 #### 添加物理场接口 选择合适的物理场接口对于应用 PML 至关重要。针对电磁问题，“RF 模块”中的“波动方程，电场”是一个常见选项。该接口支持多种类型的边界条件以及材料属性设定，能够很好地处理涉及 EM 波传播的情况[^1]。 #### 配置 PML 设置 当选择了适当的研究类型之后（例如频域分析），可以在求解器序列中找到用于指定特殊边界的节点——即所谓的“无穷远边界”。在这里引入 Perfectly Matched Layer 特征来代替传统意义上的硬截断面： - **厚度**：一般建议至少为半个波长； - **网格划分**：确保此区域内采用较细密的单元格分布以便更精确地捕捉快速变化的现象； - **渐变参数**：调整σ(导电率)随距离按指数规律增长的速度因子α，从而控制衰减特性； ```matlab % MATLAB-like pseudocode to illustrate setting up a PML in COMSOL through scripting interface. model.component('comp1').feature('emw1').create('pml', 'PerfectlyMatchedLayer'); model.component('comp1').feature('emw1').feature('pml').set('thickness', lambda/2); % Set thickness as half wavelength model.component('comp1').feature('emw1').feature('pml').set('alpha', 0.5); % Adjust the gradient parameter alpha ``` #### 应用实例 考虑一个简单的天线辐射模式计算案例，其中利用了上述提到的技术手段构建了一个虚拟无回声环境。这样做的好处是可以更加逼真地再现自由空间条件下设备的工作状态，进而获得更为可靠的设计指导数据。
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