开源高频电磁场与电磁波数值仿真软件
文章目录
- 开源高频电磁场与电磁波数值仿真软件
- **1. OpenEMS（时域有限差分法 - FDTD）**
- **2. Meep（MIT Electromagnetic Equation Propagation）**
- **3. SCUFF-EM（边界元法 - BEM）**
- **4. AToM（Analytic Theory of Mesoscopic Systems）**
- **5. FEniCS（有限元法 - FEM）**
- **6. GetDP（有限元法 - FEM）**
- **7. PyMoosh（传输矩阵法 - TMM）**
- **8. MEEP/MPB（MIT Photonic Bands）**
- **其他工具**
- **选择建议**
开源高频电磁场与电磁波数值仿真软件
以下是一些常用的开源高频电磁场与电磁波数值仿真软件，涵盖频域、时域、矩量法（MoM）、有限元（FEM）、时域有限差分（FDTD）等方法，适用于天线设计、微波器件、光学等场景：
1. OpenEMS（时域有限差分法 - FDTD）
- 特点：基于FDTD方法，适用于高频电磁场、微波、太赫兹和光学仿真。
- 语言：C++（核心）、支持MATLAB/Octave或Python作为前端界面。
- 功能：支持非均匀网格、色散材料、并行计算（MPI）。
- 应用：天线设计、光子晶体、超材料。
- 官网：http://openems.de/
2. Meep（MIT Electromagnetic Equation Propagation）
- 特点：基于FDTD，由MIT开发，支持复杂几何结构和周期性边界。
- 语言：C++（核心），用户通过Scheme/Python脚本控制。
- 功能：支持并行计算、色散材料、近场/远场变换。
- 集成：可与Python库（如NumPy、Matplotlib）交互。
- 官网：https://meep.readthedocs.io/
3. SCUFF-EM（边界元法 - BEM）
- 特点：基于边界元法（BEM），适合散射问题、纳米光学（如表面等离激元）。
- 语言：C++。
- 功能：支持频域分析、随机几何、热辐射计算。
- 官网：http://homerreid.com/scuff-em/
4. AToM（Analytic Theory of Mesoscopic Systems）
- 特点：矩量法（MoM）求解器，适用于高频电磁散射。
- 语言：Python/C++。
- 功能：支持多层介质、金属结构。
- 官网：https://github.com/AtomMoM/AToM
5. FEniCS（有限元法 - FEM）
- 特点：通用有限元框架，可通过插件扩展电磁仿真功能。
- 语言：Python/C++。
- 模块：需搭配电磁模块（如
fenicsx-electromagnetics）。 - 官网：https://fenicsproject.org/
6. GetDP（有限元法 - FEM）
- 特点：与开源网格生成工具Gmsh集成，适合复杂几何的电磁问题。
- 语言：自身脚本语言。
- 功能：支持静场、谐波场、瞬态场分析。
- 官网：http://getdp.info/
7. PyMoosh（传输矩阵法 - TMM）
- 特点：用于多层结构的光学特性计算（反射/透射谱）。
- 语言：Python。
- 应用：薄膜光学、光子晶体。
- 代码：https://gitlab.com/pymoosh/pymoosh
8. MEEP/MPB（MIT Photonic Bands）
- 配套工具：MPB用于光子晶体能带计算，与Meep互补。
- 官网：https://mpb.readthedocs.io/
其他工具
- Gmsh：开源网格生成器（http://gmsh.info/），常与GetDP/FEniCS配合使用。
- NGSolve：高性能有限元库（Python接口，支持电磁模块）。
选择建议
- 天线/微波设计：OpenEMS、Meep、SCUFF-EM。
- 纳米光学/超材料：Meep、PyMoosh、SCUFF-EM。
- 复杂几何：FEniCS + Gmsh 或 GetDP。
- 快速原型开发：Python生态（Meep + PyMoosh）。
这些工具通常需要一定的编程基础，但社区文档和示例较为丰富。商业软件（如CST、HFSS）的替代方案中，OpenEMS和Meep是最接近的开源选择。