Simulador FDTD de Antenas — Guía de uso

Este es un simulador electromagnético interactivo que resuelve las ecuaciones de Maxwell con el método FDTD (diferencias finitas en el dominio del tiempo) directamente en tu GPU mediante WebGPU. Puedes colocar fuentes, conductores y dieléctricos sobre una malla y observar cómo se propagan los campos en tiempo real, midiendo además patrones de radiación, impedancia y espectros.

Esta página explica cómo usar la herramienta. La teoría de fondo (FDTD, malla de Yee, antenas) se tratará en un post aparte.

Requisitos

• Un navegador con WebGPU habilitado: Chrome o Edge ≥ 113 de escritorio funcionan sin configuración adicional.
• Una GPU razonablemente moderna; las mallas 3D son exigentes.
• Si ves el mensaje WebGPU init failed, tu navegador no soporta WebGPU o está deshabilitado.

Interfaz general

La pantalla se divide en dos zonas:

• Lienzo (izquierda): la simulación en vivo. Arriba a la izquierda está el panel de rendimiento y abajo una ayuda con los atajos del modo actual.
• Barra lateral (derecha): los controles del preset activo y el panel de diagnósticos (sondas, FFT, far-field).

Presets

Desde el selector de la barra lateral eliges la configuración inicial. Hay presets en 2D y en 3D; al cambiar de preset se reinicia la simulación. Cada preset define el tamaño de la malla, la fuente y los materiales de partida.

Modo 2D

Pintar materiales

Sobre el lienzo puedes dibujar conductores y dieléctricos con el ratón:

• Arrastrar con clic izquierdo: pinta (conductor PEC o permitividad ε_r, según el modo de pincel).
• Clic derecho o Shift + arrastrar: borra lo pintado.

El modo del pincel (PEC vs. ε_r), su radio y el valor de permitividad se ajustan en los controles de la barra lateral.

Sondas (Probes)

En la sección Probes del panel de diagnósticos:

• + Add coloca una sonda que registra el campo en un punto; aparece como un punto cian sobre el lienzo.
• Selecciona una sonda con sus pestañas y ajusta su posición X/Y, pausa o reinicia sus datos.
• Compute FFT calcula el espectro de la serie temporal de la sonda — útil para leer la frecuencia de resonancia.
• Clear elimina todas las sondas.

Campo lejano (Far Field / NFFT)

La transformación near-to-far field calcula el patrón de radiación a partir de un contorno alrededor de la antena:

• Start inicia la grabación sobre el contorno (su tamaño se controla con el margen en celdas); el contorno se dibuja en naranja punteado.
• Pause / Resume detiene o reanuda la acumulación; Compute genera el diagrama polar; Reset limpia todo.

Modo 3D

Cámara

• Arrastrar con clic izquierdo: orbitar.
• Clic derecho o Shift + arrastrar: desplazar (pan).
• Rueda del ratón: acercar / alejar (zoom).

Fuente y vector de corriente (feed)

La fuente que excita la antena es una brecha de alimentación (delta-gap): el kernel inyecta campo eléctrico en una sola arista de la malla, así que por sí sola es invisible dentro del volumen. El overlay feed / current (en el panel View) la hace visible:

• Cable (ámbar): un segmento a lo largo del eje de la componente excitada (Ex → X, Ey → Y, Ez → Z) que pasa por la celda de la fuente. Su longitud representa media longitud de onda (λ/2) a la frecuencia actual — la referencia de un elemento resonante de media onda. Si subes la frecuencia, el cable se acorta solo: así se ve directamente que a mayor frecuencia, antena más pequeña.
• Brecha de alimentación (naranja brillante): el tramo central, de la longitud exacta del gap que el kernel realmente excita (una celda en el caso delta-gap).
• Marcador de origen: un punto que señala la celda exacta de la fuente, legible aunque el cable quede de canto a la cámara.
• Vector de corriente (cian): una flecha sobre el eje del cable cuya longitud y sentido laten en sincronía con la onda de la fuente. Verás la corriente empujar y cambiar de signo al mismo ritmo que salen los frentes de onda. Con un pulso gaussiano la flecha decae a cero tras el pulso.

El cable es una guía del eje de excitación, no la geometría física del conductor: en los presets con metal (parche, Yagi, Vivaldi…) la antena real ya aparece como vóxeles metálicos en el volumen. El overlay solo existe en modo Volume (no en el corte 2D).

Campo lejano 3D

Igual que en 2D pero con una caja de Huygens (NFFT) tridimensional. Tras Start y Compute obtienes el patrón de radiación en (θ, φ); puedes activar la visualización de la caja y del globo de radiación directamente en la simulación.

Panel de rendimiento

El recuadro superior izquierdo muestra métricas en vivo:

• fps y número de step de la simulación.
• steps/s y cells/s (actualizaciones de celda por segundo, la métrica canónica de FDTD).
• Tiempos de fotograma (medio, p95, máximo) y un mini-histograma con las líneas de 60 y 30 fps.

Solución de problemas

• Pantalla en negro o error de init: revisa que WebGPU esté disponible (prueba en Chrome/Edge de escritorio actualizado).
• Va lento en 3D: usa un preset de malla más pequeña o reduce los pasos por fotograma; el modo 3D es mucho más pesado que el 2D.
• La onda rebota en los bordes: es esperado mientras no haya capas absorbentes en el preset.