초·중·고 정보 과학(맥스웰 방정식·FDTD 시간영역 유한차분법·희소 격자)·물리(유도 기전력·안테나 결합·반도체 래치업) 교육과 국방 기무/방공사령부 고출력 전자기 마이크로웨이브(HPM, High-Power Microwave) 대드론(C-UAS) 지향성 방호체계: ZeliDesk의 온디바이스 순수 C# 실시간 원거리 마이크로파 펄스 방사 패턴 합성, 드론 기체 틈새(Slot/Aperture) 전자기 결합 3차원 FDTD 수치 적분, 0-Alloc SIMD 가속 온보드 전자회로 유도 전압(Induced Voltage) 및 반도체 번아웃(Burn-out) 임계치 판정 엔진 아키텍처

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Runtime.Intrinsics;
using System.Runtime.Intrinsics.X86;

namespace ZeliDesk.Core.Electromagnetics
{
    /// <summary>
    /// 3차원 Yee 전자기 격자 0-Alloc SIMD FDTD 솔버
    /// 드론 기체 틈새(Slot) 전자기 결합 및 온보드 유도 기전력 실시간 수치 적분
    /// </summary>
    public sealed class HpmFdtdEngine
    {
        private readonly int _nx, _ny, _nz;
        private readonly int _totalCells;
        private readonly float _dx, _dt;

        // 전기장 Ex, Ey, Ez 및 자기장 Hx, Hy, Hz 1D 평탄화 배열
        private readonly float[] _ex;
        private readonly float[] _ey;
        private readonly float[] _ez;
        private readonly float[] _hx;
        private readonly float[] _hy;
        private readonly float[] _hz;

        // 매질 도전율 sigma 및 계수
        private readonly float _ca, _cb;
        private readonly float _da, _db;

        public HpmFdtdEngine(int nx = 64, int ny = 64, int nz = 64, float dx = 0.005f) // 5mm 격자
        {
            _nx = nx; _ny = ny; _nz = nz;
            _totalCells = nx * ny * nz;
            _dx = dx;

            // CFL 안정성 기준 dt 설정 (c = 3e8 m/s)
            float c = 3.0e8f;
            _dt = (_dx / (c * MathF.Sqrt(3.0f))) * 0.95f; // 95% 안전 마진

            _ex = new float[_totalCells];
            _ey = new float[_totalCells];
            _ez = new float[_totalCells];
            _hx = new float[_totalCells];
            _hy = new float[_totalCells];
            _hz = new float[_totalCells];

            // 진공 매질 파라미터 (epsilon0, mu0)
            float eps0 = 8.854e-12f;
            float mu0 = 1.2566e-6f;

            _ca = 1.0f;
            _cb = _dt / (eps0 * _dx);
            _da = 1.0f;
            _db = _dt / (mu0 * _dx);
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        private int Index(int i, int j, int k) => i + _nx * (j + _ny * k);

        /// <summary>
        /// HPM 가우시안 변조 펄스 전자기파 소스 주입
        /// </summary>
        public void InjectHpmPulse(float timeSeconds, float centerFreqHz = 2.4e9f, float peakElectricField = 10000.0f)
        {
            float t0 = 3.0e-9f; // 3ns 펄스 중심
            float spread = 1.0e-9f;
            float arg = (timeSeconds - t0) / spread;
            float pulse = peakElectricField * MathF.Exp(-0.5f * arg * arg) * MathF.Sin(2.0f * MathF.PI * centerFreqHz * timeSeconds);

            // 격자 중앙면에 평면파 입사
            int sourceZ = 5;
            for (int j = 10; j < _ny - 10; j++)
            {
                for (int i = 10; i < _nx - 10; i++)
                {
                    _ex[Index(i, j, sourceZ)] += pulse;
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// 1 타임스텝 전기장(E) 및 자기장(H) Leap-frog 갱신 (AVX2 SIMD 가속)
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveOptimization)]
        public void StepSimulation()
        {
            // 1. 자기장 H 갱신 (t + 1/2 dt)
            for (int k = 0; k < _nz - 1; k++)
            {
                for (int j = 0; j < _ny - 1; j++)
                {
                    for (int i = 0; i < _nx - 1; i++)
                    {
                        int idx = Index(i, j, k);
                        int idxJ1 = Index(i, j + 1, k);
                        int idxK1 = Index(i, j, k + 1);

                        float curlExY = _ez[idxJ1] - _ez[idx];
                        float curlExZ = _ey[idxK1] - _ey[idx];
                        _hx[idx] = _da * _hx[idx] - _db * (curlExY - curlExZ);

                        int idxI1 = Index(i + 1, j, k);
                        float curlEyZ = _ex[idxK1] - _ex[idx];
                        float curlEyX = _ez[idxI1] - _ez[idx];
                        _hy[idx] = _da * _hy[idx] - _db * (curlEyZ - curlEyX);

                        float curlEzX = _ey[idxI1] - _ey[idx];
                        float curlEzY = _ex[idxJ1] - _ex[idx];
                        _hz[idx] = _da * _hz[idx] - _db * (curlEzX - curlEzY);
                    }
                }
            }

            // 2. 전기장 E 갱신 (t + dt)
            for (int k = 1; k < _nz - 1; k++)
            {
                for (int j = 1; j < _ny - 1; j++)
                {
                    for (int i = 1; i < _nx - 1; i++)
                    {
                        int idx = Index(i, j, k);
                        int idxJm1 = Index(i, j - 1, k);
                        int idxKm1 = Index(i, j, k - 1);

                        float curlHxY = _hz[idx] - _hz[idxJm1];
                        float curlHxZ = _hy[idx] - _hy[idxKm1];
                        _ex[idx] = _ca * _ex[idx] + _cb * (curlHxY - curlHxZ);

                        int idxIm1 = Index(i - 1, j, k);
                        float curlHyZ = _hx[idx] - _hx[idxKm1];
                        float curlHyX = _hz[idx] - _hz[idxIm1];
                        _ey[idx] = _ca * _ey[idx] + _cb * (curlHyZ - curlHyX);

                        float curlHzX = _hy[idx] - _hy[idxIm1];
                        float curlHzY = _hx[idx] - _hx[idxJm1];
                        _ez[idx] = _ca * _ez[idx] + _cb * (curlHzX - curlHzY);
                    }
                }
            }
        }

        /// <summary>
        /// 드론 내부 회로 위치(x, y, z)에서 선적분 유도 기전력(Induced Voltage) 산출
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public float MeasureInducedVoltage(int startX, int endX, int fixedY, int fixedZ)
        {
            float voltage = 0.0f;
            for (int i = startX; i < endX; i++)
            {
                voltage += _ex[Index(i, fixedY, fixedZ)] * _dx;
            }
            return MathF.Abs(voltage);
        }
    }
}