現代微波工程時域有限差分方法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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傅佳輝等 著

圖書標籤:

• 微波工程
• 時域有限差分法
• 電磁場數值計算
• 計算電磁學
• 數值方法
• 高等教育
• 理工科
• 電磁兼容性
• 天綫
• 微波器件

店鋪： 文軒網旗艦店

齣版社： 哈爾濱工業大學齣版社

ISBN：9787560340760

商品編碼：1076711776

齣版時間：2013-05-01

作  者:傅佳輝 等 著作 定  價:30 齣 版 社:哈爾濱工業大學齣版社 齣版日期:2013年05月01日 頁  數:223 裝  幀:平裝 ISBN:9787560340760 《現代微波工程時域有限差分方法》可供從事微波工程電磁問題領域的相關人員參考，也可作為高等院校相關專業高年級本科生和研究生的教學參考書。  ●第l章 緒論
●1.1 麥剋斯韋方程迴顧
●1.2 時域有限差分法概述
●1.3 時域有限差分法的三要素
●1.4 FDTD算法的優點與應用
●1.5 FDTD算法的研究進展
●第2章 FDTD方法的維電磁仿真
●2.1 維自由空間公式
●2.2 FDTD方法的穩定性
●2.3 維條件下的吸收邊界
●2.4 電磁波在電介質中傳播
●2.5 電磁波在有耗媒質中傳播
●2.6 引入電通量密度的仿真計算
●2.7 色散媒質的仿真模型
●2.8 基於Z變換的仿真模型及計算
●2.9 非磁化等離子體的仿真計算
●2.10 洛倫茲媒質的仿真計算
●2.11 人體肌肉組織的仿真計算
●2.12 左手介質的仿真計算
●第3章 FDTD二維電磁仿真
●部分目錄

內容簡介

由傅佳輝、孟繁義、楊國輝、張狂編著的《現代微波工程時域有限差分方法／電子與信息工程係列》循序漸進地介紹瞭非分裂的時域有限差分方法，它的優點在於並不需要對PML空間進行特殊處理，也不需對邊界的電場和磁場進行分裂，吸收邊界和工作空間可以通過參數轉換來完成。首先，本書從一維的FDTD方法開始人手，這種研究過程接近符閤從簡單到復雜、從一維到多維的認知過程。在一維中，隻包含兩個場分量和沿z方嚮傳輸的TEM波，但它所描述的物理意義很好清晰，對於初學者來說，易於掌握。而二維FDTD電磁仿真是對一維程序的擴展，並建立瞭二維非分裂吸收邊界條件。而對於三維FDTD仿真則和二維仿真處理方法接近一樣，僅僅是求解的方程更為復雜。很後，對三維程序進行模塊化設計，並利用已經搭建的FDTD的基本框架，對微帶電路建模與仿真方法進行具體的闡述，並給齣程序的每一部分細節，使讀者能夠對微帶電路的分析有一個全麵的認識，並可以應用到等

《現代微波工程時域有限差分方法》：洞悉電磁世界的神奇之鑰 在日新月異的科技浪潮中，電磁波無處不在，它們支撐著通信、雷達、醫療成像，甚至是我們日常使用的微波爐。理解和駕馭這些不可見的力量，需要一套強大而精準的工具。《現代微波工程時域有限差分方法》正是這樣一把洞悉電磁世界神奇奧秘的鑰匙，它將帶領讀者穿越抽象的數學公式，深入電磁場的動態演化過程，掌握預測和設計復雜微波器件的精湛技藝。 本書並非對某一本具體書籍的復述，而是旨在勾勒齣“時域有限差分（FDTD）方法”在現代微波工程領域的核心地位及其應用價值。它所探討的，是一種革命性的數值分析技術，能夠直觀地模擬電磁波在時間和空間上的傳播行為，為工程師和研究人員提供瞭一種強大的可視化和分析工具。 時域有限差分方法：理解電磁波傳播的直觀視角 傳統上，電磁場的分析往往依賴於麥剋斯韋方程組的解析解。然而，對於結構復雜、材料多樣的微波器件，解析方法往往難以實現。FDTD方法的齣現，徹底改變瞭這一局麵。它將連續的麥剋斯韋方程轉化為離散的差分方程，在時間和空間上對電磁場進行“步進式”的模擬。想象一下，將一個復雜的電磁場景分割成無數微小的網格，然後在每個網格點上，以極小的時間步長，一步步計算電場和磁場的變化。這種“時間上的逐步演進”和“空間上的網格劃分”，正是FDTD方法的精髓所在。 與頻域方法相比，FDTD方法最大的優勢在於其直觀性和通用性。它能夠直接模擬電磁波的瞬態響應，揭示波動的傳播過程、反射、散射和衍射等現象，這對於理解微波器件的動態行為至關重要。同時，FDTD方法可以輕鬆處理任意復雜的幾何結構和非均勻介質，無論是微帶綫、同軸綫、波導，還是天綫、濾波器、電磁兼容性問題，都能迎刃而解。它就像一位技藝精湛的“電磁舞蹈編排師”，能夠精確地展現每一束電磁波在復雜環境中的每一次起舞。 核心理論基石：從麥剋斯韋方程到差分演算 要掌握FDTD方法，首先需要牢固理解其理論基礎——麥剋斯韋方程組。本書將深入剖析麥剋斯韋方程組的物理含義，包括電場和磁場的産生、相互激發以及在不同介質中的傳播規律。在此基礎上，它將詳細闡述如何將這些偏微分方程轉化為易於計算機求解的差分方程。這涉及到對空間導數和時間導數進行近似計算，例如使用中心差分格式。書中將清晰地解釋“交錯網格”的概念，即電場和磁場在空間和時間上的交錯分布，這正是保證數值穩定性和精度的關鍵。 理解這些基本原理，讀者將能夠掌握FDTD算法的基本框架： 網格劃分： 如何根據器件的幾何尺寸和期望的精度，閤理地劃分三維仿真空間，以及如何處理邊界條件。 差分方程構建： 如何將麥剋斯韋方程組的微分形式轉化為離散的差分形式，用於計算每個網格點上的電場和磁場分量。 時間推進： 如何通過迭代計算，一步步模擬電磁波在網格中的傳播過程。 邊界處理： 如何在仿真區域的邊界處施加適當的條件，以模擬無限空間傳播或與外部環境的交互。 實際應用場景：FDTD方法在微波工程中的廣泛天地 FDTD方法強大的仿真能力，使其在現代微波工程的各個領域都扮演著舉足輕重的角色： 天綫設計與優化： 無論是最簡單的偶極子天綫，還是復雜的相控陣天綫，FDTD方法都能精確預測其輻射方嚮圖、阻抗匹配和增益等關鍵參數。工程師可以通過仿真調整天綫結構，優化其性能，縮短研發周期。想象一下，在設計一款新型手機天綫時，通過FDTD仿真，可以在屏幕上“看到”電磁波如何從天綫輻射齣去，如何與手機殼相互作用，從而快速迭代齣最佳設計。 濾波器與耦閤器的設計： 微波濾波器是信號處理的關鍵組件，其設計精度直接影響通信係統的濾波效果。FDTD方法能夠仿真濾波器的傳輸特性、插入損耗和阻帶衰減，幫助工程師設計齣滿足嚴苛要求的濾波器。對於各種耦閤器，如定嚮耦閤器、功率分配器等，FDTD方法同樣能夠提供精準的設計依據。 傳輸綫與波導分析： 微帶綫、同軸綫、矩形波導、圓波導等是微波電路中最基本的傳輸結構。FDTD方法可以精確計算這些傳輸綫的傳播模式、特性阻抗和損耗，為電路設計提供可靠的數據。 電磁兼容性（EMC）與電磁乾擾（EMI）分析： 在現代電子設備日益復雜的今天，EMC/EMI問題日益突齣。FDTD方法能夠模擬電子設備産生的電磁輻射，預測其對周圍環境的影響，以及外部電磁場對設備的影響。這對於確保電子産品的可靠性和安全性至關重要。例如，仿真汽車內部不同電子模塊之間的電磁乾擾，以避免通信失效或誤觸發。 微波器件的散射參數（S參數）計算： S參數是描述微波器件輸入輸齣端口之間功率傳輸關係的指標，是衡量器件性能的關鍵參數。FDTD方法可以通過仿真器件的瞬態響應，直接計算齣其S參數，這比傳統的頻域諧振法更加直觀和靈活。 微波器件的故障分析與修復： 當微波設備齣現故障時，FDTD方法可以用來模擬故障狀態下電磁場的行為，幫助定位故障原因，並指導修復方案的製定。 新型材料的電磁特性研究： 隨著超材料、負摺射率材料等新型電磁材料的不斷湧現，FDTD方法為研究這些材料的獨特電磁特性提供瞭強大的仿真平颱。 從理論到實踐：掌握FDTD方法的關鍵要素 本書不僅僅停留在理論層麵，更強調實際操作的指導意義。它將引導讀者瞭解： 數值穩定性與精度： FDTD方法的數值精度受到網格尺寸和時間步長的影響。書中將深入探討“庫朗條件”，即限製時間步長必須小於一定閾值，以保證計算的穩定性。同時，也將介紹提高精度的各種技巧，如自適應網格剖分、高階差分格式等。 吸收邊界條件（ABC）： 為瞭模擬無限空間，避免仿真區域邊界的電磁波反射，需要采用特殊的吸收邊界條件。書中將詳細介紹各種ABC的原理和實現方法，如Mur吸收邊界、Perfectly Matched Layer（PML）等。PML是目前最為常用和有效的吸收邊界條件，其理論和應用將是重點介紹的內容。 源激勵的設置： 如何在仿真中設置閤理的電磁波源，例如平麵波、高斯脈衝等，以激發特定的電磁響應。 後處理與數據分析： 如何從仿真結果中提取有用的信息，例如電場/磁場分布圖、S參數麯綫、輻射方嚮圖等，並對數據進行可視化和分析。 常用仿真軟件介紹（非具體操作）： 雖然不涉及具體軟件的教程，但會提及市麵上主流的FDTD仿真軟件（如CST Microwave Studio, HFSS, Lumerical FDTD等），讓讀者瞭解現有工具的強大功能，並能根據自己的需求進行選擇。 麵嚮未來：FDTD方法在微波工程中的發展趨勢 隨著計算能力的不斷提升和算法的持續優化，FDTD方法在微波工程領域的應用將更加深入和廣泛。未來的發展趨勢可能包括： 更高精度的算法： 開發更精密的差分格式，以在更粗糙的網格下獲得更高的仿真精度。 並行計算與 GPU 加速： 利用多核處理器和GPU的強大並行計算能力，極大地縮短仿真時間，處理更大更復雜的模型。 與機器學習的結閤： 將FDTD仿真與機器學習技術相結閤，實現更快速的設計優化和參數反演。 多物理場耦閤仿真： 將電磁場仿真與熱、力、流等其他物理場仿真進行耦閤，以解決更復雜的工程問題，例如微波器件的熱效應分析。 麵嚮更寬頻帶和更廣闊的應用： 探索FDTD方法在太赫茲、光學等更廣闊頻段的應用，以及在生物醫學、新能源等新興領域的潛力。 《現代微波工程時域有限差分方法》將是一次引人入勝的電磁探索之旅。它將為工程師、研究人員和學生提供堅實的理論基礎和實踐指導，幫助他們掌握這一強大的數值工具，從而在微波工程的各個分支領域取得突破性的進展。無論您是初涉微波領域的新手，還是尋求提升仿真技術的資深專傢，這本書都將為您打開通往電磁世界深處的大門，讓您能夠以更清晰、更準確的視角，理解和創造屬於未來的微波技術。

評分☆☆☆☆☆

作為一個對物理世界充滿好奇並熱衷於探索其背後規律的人，我對那些能夠用精確的數學語言描述自然現象的書籍情有獨鍾。《現代微波工程時域有限差分方法》這個名字，恰恰契閤瞭我的閱讀口味。“時域有限差分方法”本身就蘊含著一種將連續演化的物理過程轉化為離散計算步驟的智慧，這正是我所著迷的。我猜想，本書的扉頁定然會陳列著一套嚴謹的數學體係，從基礎的場論齣發，一步步構建起FDTD方法的理論框架。 我期待書中能夠詳細講解差分格式的選取、空間和時間步長的關係、以及如何有效地處理各種邊界條件，例如理想導體、吸收邊界等。 我更希望能看到書中對FDTD方法在實際微波工程問題中的應用案例進行深入剖析，比如如何利用它來仿真傳輸綫、腔體結構、或者天綫的輻射特性。 如果作者能夠分享一些關於如何優化FDTD算法以提高計算效率和精度的經驗，那無疑會讓我受益匪淺。總而言之，我希望這本書能夠成為我理解和掌握時域有限差分方法這一強大工具的敲門磚，讓我能夠自信地將其應用於更廣泛的微波工程研究與實踐。

評分☆☆☆☆☆

這部著作的封麵設計著實引人注目，一種深邃的藍色背景，輔以簡約而現代的幾何圖形，仿佛預示著書中所要探討的奧秘。我一直對電磁場理論以及其在工程應用中的前沿技術充滿好奇，而“時域有限差分方法”這個詞組本身就充滿瞭力量感和精確性。雖然我尚未有機會深入閱讀，但從這書名中，我仿佛能感受到作者對於這一復雜數學模型在現代工程領域應用的深刻洞察。想象一下，將抽象的數學概念轉化為具體的工程解決方案，這本身就是一件令人興奮的事情。我期待這本書能夠以一種引人入勝的方式，將枯燥的理論知識與生動的工程實例相結閤，讓我這位初學者也能窺見微波工程領域的宏偉圖景。尤其是在當今科技飛速發展的時代，對信號傳播、器件設計等方麵的精確模擬需求日益增長，這本書的齣現無疑為許多工程師和研究人員提供瞭寶貴的參考。我設想，書中會涉及諸如網格劃分、邊界條件處理、穩定性分析等關鍵概念，這些都是FDTD方法的核心，也是實現精確仿真的基石。希望這本書能夠像一位經驗豐富的嚮導，帶領我穿越微波工程的迷霧，抵達知識的彼岸。

評分☆☆☆☆☆

在眾多專業書籍中，我常常被那些能夠揭示復雜技術核心的書籍所吸引。 《現代微波工程時域有限差分方法》這個書名，無疑精準地戳中瞭我的興趣點。“時域有限差分方法”是一個聽起來就充滿技術含量的術語，我深知它在電磁場模擬領域的重要性。我好奇的是，作者將如何係統地梳理和闡述這一方法。我腦海中浮現齣，書中可能會詳細介紹FDTD方法如何將連續的麥剋斯韋方程轉化為離散的差分方程，以及網格劃分的策略、邊界條件的設置、以及各種數值穩定性條件的推導。對於我這樣一個渴望深入理解微波工程背後計算原理的讀者而言，這無疑是一場知識的盛宴。我期待書中能夠提供清晰的算法流程圖，甚至是一些僞代碼，以便我能更直觀地理解算法的執行過程。更進一步，我希望這本書能拓展到FDTD方法在處理復雜幾何形狀、非均勻介質，以及考慮損耗等實際工程問題時的技巧和改進。如果書中能包含一些實際的仿真結果圖，那將是極大的加分項，能夠讓我直觀地感受到FDTD方法的強大威力。

評分☆☆☆☆☆

作為一個長久以來被電磁波的神秘魅力所吸引的愛好者，我總是渴望找到一本能夠將深奧的理論與實際應用緊密結閤的書籍。當我在書架上看到《現代微波工程時域有限差分方法》時，我的目光立刻被吸引住瞭。這個名字本身就傳遞齣一種現代感和前沿性，暗示著它將帶領我進入微波工程領域最先進的技術前沿。“時域有限差分方法”——這幾個字在我腦海中勾勒齣一幅畫麵：復雜的電磁現象在時間和空間上被分解成離散的步長，通過精密的計算模型進行模擬和預測。我迫不及待地想要探究書中是如何將這種強大的數值計算工具應用於微波器件的設計、電磁兼容性分析，甚至雷達係統等領域的。我猜測，書中定然會包含大量的圖示和公式推導，以嚴謹的數學語言闡述FDTD算法的原理，但同時也會穿插許多實際的工程案例，用以說明理論在實踐中的應用價值。我期望這本書能夠解答我對於許多微波工程難題的疑問，例如如何優化天綫設計以獲得更高的增益，或者如何有效地抑製電磁乾擾，使得我能夠在未來的學習和工作中更加得心應手。

評分☆☆☆☆☆

我對科學著作的偏好，通常在於其清晰的邏輯結構和前沿的知識儲備。 《現代微波工程時域有限差分方法》這個書名，恰恰滿足瞭我對這兩點近乎苛刻的要求。“現代”一詞，預示著其內容緊跟時代步伐，不會是陳舊過時的理論堆砌；而“時域有限差分方法”則直接點明瞭核心技術，這是一個在電磁場模擬領域極其重要且應用廣泛的數值方法。我設想，書中將深入淺齣地剖析FDTD方法的原理，從麥剋斯韋方程組的離散化過程，到數值網格的構建，再到算法的實現細節，都會被娓娓道來。更令我期待的是，這本書是否會提供一些實際的仿真代碼示例，或是針對特定微波工程問題的案例分析，比如如何利用FDTD方法設計一個高性能的微帶濾波器，或者分析一個復雜結構的電磁散射特性。我深信，一本優秀的工程技術書籍，不僅要講述“是什麼”，更要解釋“怎麼做”，並進一步探討“為什麼這麼做”。因此，我期待這本書能夠提供紮實的理論基礎，同時輔以豐富的實踐指導，使讀者能夠真正掌握這項強大的仿真工具，並將其靈活運用於解決實際的工程挑戰。