電磁波時程精細積分法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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馬西奎 等 著

圖書標籤:

• 電磁波
• 時域分析
• 數值計算
• 精細積分法
• 電磁場
• 計算電磁學
• 數值方法
• 工程電磁學
• 時程法
• 電磁兼容性

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030444363

版次：1

商品編碼：11730189

包裝：平裝

開本：32開

齣版時間：2015-07-01

頁數：272

正文語種：中文

內容簡介

本書全麵介紹電磁波時程精細積分法的理論基礎、使用方法和實際應用。全書共九章，內容主要包括：緒論、瞬態微分方程問題時程精細積分法的基本原理和步驟、基於2階空間中心差分格式的電磁波時程精細積分法、瞬態渦流場分析中的時程精細積分法、基於4階空間中心差分格式的電磁波時程精細積分法、電磁波時程精細積分法應用中的子域技術、基於小波Galerkin空間差分格式的電磁波時程精細積分法、一種電磁波時程精細積分法------廣義WG-PITD方法和柱坐標係中的電磁波時程精細積分法。

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 計算電磁學的産生和意義
1.1.1 科學計算的作用和追求的目標
1.1.2 計算電磁學的産生及其重要性
1.2 幾種重要的電磁場數值計算方法
1.2.1 矩量法
1.2.2 有限元法
1.2.3 邊界元法
1.2.4 時域有限差分方法
1.3 時程精細積分方法及其存在的問題
1.4 電磁波時程精細積分方法及其存在的問題
1.5 本書的目的和內容
參考文獻

第2章 瞬態微分方程問題的時程精細積分方法
2.1 瞬態渦流場的時程精細積分算法
2.2 基於子域技術的時程精細積分算法
2.3 時程精細積分算法的穩定性分析
2.3.1 試驗方程檢驗方法
2.3.2 穩定性分析的直接方法
2.3.3 穩定性分析的一種簡化方法
2.4 精細積分算法的精度分析——誤差上界與逼近機理
2.4.1 時間步長膖的選擇
2.4.2 精細算法的誤差上界
2.4.3 逼近機理
2.5 時程精細積分方法中積分項的計算
2.5.1 激勵的綫性擬閤
2.5.2 辛普森積分法
2.5.3 高斯積分法
參考文獻

第3章 電磁波時程精細積分法——2階空間中心差分格式
3.1 電磁波時程精細積分法的基本原理
3.1.1 Maxwell方程和Yee元胞
3.1.2 電磁波時程精細積分法的時域遞推
3.1.3 介質分界麵電磁參數的選取
3.2 電磁波時程精細積分法解的數值穩定性
3.3 電磁波時程精細積分法解的數值色散分析
3.3.1 數值色散的概念
3.3.2 電磁波時程精細積分法的數值色散分析
3.4 Engquist-Majda吸收邊界條件的應用
3.4.1 Engquist-Majda吸收邊界條件
3.4.2 Engquist-Majda吸收邊界條件的空間離散形式
3.5 Berenger完全匹配層吸收邊界條件
3.5.1 PML介質的定義
3.5.2 TE平麵波在PML介質中的傳播
3.5.3 平麵波在兩種PML介質分界麵處的傳播
3.5.4 PML媒質層的設置
3.5.5 PML媒質層中的精細積分方程——二維情形
3.5.6 PML媒質層中的精細積分方程——三維情形
3.6 時程精細積分法中激勵源的引入
3.6.1 強迫激勵源技術
3.6.2 入射波的加入——總場/散射場體係
3.7 近區場到遠區場的外推
3.7.1 等效原理
3.7.2 近場-遠場外推
3.8 數值示例
3.9 有耗介質中電磁波時程精細積分法解的數值穩定性和色散特性分析
3.9.1 數值穩定性條件
3.9.2 數值色散特性
參考文獻

第4章 瞬態渦流場分析中的時程精細積分法
4.1 鐵磁材料中Maxwell鏇度方程的空間離散形式
4.2 有耗媒質的吸收邊界條件
4.2.1 有耗媒質的一階近似吸收邊界條件
4.2.2 有耗媒質一階近似吸收邊界條件的空間離散形式
4.3 鐵磁材料中電磁波傳播問題的時程精細積分解
4.4 闆狀鐵磁材料中電磁脈衝傳播特性計算
4.4.1 Maxwell方程的空間離散
4.4.2 邊界點處的常微分方程
4.4.3 精細積分算法解
4.4.4 數值結果與分析
4.4.5 基於渦流方程的時程精細積分算法解
參考文獻

第5章 電磁波時程精細積分法——4階空間中心差分格式
5.1 電磁波PITD（4）方法的基本原理
5.1.1 Maxwell方程和Yee網格
5.1.2 電磁波PITD（4）方法的矩陣形式
5.1.3 電磁波PITD（4）方法中媒質分界麵電磁參數確定
5.2 電磁波PITD（4）方法解的數值穩定性分析
5.3 電磁波PITD（4）方法解的數值色散特性分析
5.3.1 電磁波PITD（4）方法的數值色散方程
5.3.2 空間采樣密度對電磁波PITD（4）方法數值相速度的影響
5.3.3 空間采樣密度對電磁波PITD（4）方法數值相速度各嚮異性的影響
5.3.4 時間步長對電磁波PITD（4）方法數值色散特性的影響
5.4 數值算例
5.5 電磁波PITD（4）方法中激勵源的加入
5.5.1 麵電流源在一維電磁波PITD（4）方法中的加入
5.5.2 綫電流源在二維電磁波PITD（4）方法中的加入
5.6 電磁波PITD（4）方法的PML吸收邊界條件
5.6.1 電磁波PITD（4）方法的三維PML吸收邊界條件
5.6.2 電磁波PITD（4）方法的二維PML吸收邊界條件
5.6.3 理想導體附近的差分格式
5.6.4 用於電磁波PITD（4）方法的PML吸收邊界的吸收性能分析
參考文獻

第6章 電磁波時程精細積分法應用中的子域技術
6.1 子域的劃分原則和子域邊界的處理
6.1.1 子域的劃分原則
6.1.2 一維問題子域劃分
6.1.3 二維問題子域劃分
6.1.4 三維問題子域劃分
6.1.5 子域邊界的處理
6.2 單個子域內的時程精細積分計算
6.3 子域計算結果的閤成方法
6.3.1 一維問題子域計算結果的閤成方法
6.3.2 二維問題子域計算結果的閤成方法
6.3.3 三維問題子域計算結果的閤成方法
6.4 PML吸收邊界在基於子域技術的PITD（4）方法中的應用
6.4.1 電磁波動方程的空間離散形式
6.4.2 PML層用於截斷子域邊界時的子域劃分方法
6.4.3 子域問題的計算
6.4.4 子域計算結果的閤成方法
6.5 基於子域技術的PITD方法分析變壓器疊片鐵心中的渦流
6.5.1 計算模型
6.5.2 子域劃分及其子域邊界處理
6.5.3 子域計算結果閤成
6.5.4 計算結果分析
6.6 基於子域技術的PITD（4）方法分析自由空間中二維電磁波傳播
6.7 基於子域技術的PITD（4）方法分析圓柱導體的散射
6.8 基於蛙跳格式的電磁波時程精細積分方法
6.8.1 L-PITD方法的空間離散形式
6.8.2 算例
參考文獻

第7章 電磁波時程精細積分法——小波Galerkin空間差分格式
7.1 基於小波Galerkin空間差分格式的電磁波時程精細積分法的基本原理
7.1.1 WG-PITD方法的空間差分格式
7.1.2 WG-PITD方法的時域遞推
7.2 無損耗介質中WG-PITD方法解的數值穩定性
7.3 無損耗介質中WG-PITD方法解的數值色散特性
7.3.1 無損耗介質中WG-PITD方法的數值色散方程
7.3.2 時間步長對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.3.3 空間步長對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.3.4 電磁波傳播方嚮對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.3.5 無損耗介質中WG-PITD方法的數值超光速現象
7.4 有損耗介質中WG-PITD方法解的數值穩定性
7.4.1 有損耗介質中WGTD方法的數值色散方程
7.4.2 有損耗介質中WG-PITD方法的穩定性條件
7.5 有損耗介質中WG-PITD方法解的數值色散特性
7.5.1 有損耗介質中WG-PITD方法的數值色散方程
7.5.2 時間步長對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.5.3 空間步長對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.5.4 電導率對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.5.5 電磁波傳播方嚮對WG-PITD方法數值色散特性的影響
7.5.6 電導率對WG-PITD方法數值色散各嚮異性的影響
參考文獻

第8章 電磁波時程精細積分法——廣義WG-PITD方法
8.1 廣義WG-PITD方法的空間離散形式
8.2 廣義WG-PITD方法解的數值穩定性
8.3 廣義WG-PITD方法解的數值色散特性
8.3.1 廣義WG-PITD方法的數值色散方程
8.3.2 尺度函數對數值色散特性的影響
8.3.3 時間步長對數值色散特性的影響
8.3.4 空間步長對數值色散特性的影響
8.3.5 電導率對有損耗介質中數值色散特性的影響
8.3.6 電磁波傳播方嚮對數值色散特性的影響
8.3.7 數值色散特性的各嚮異性
8.4 數值示例
8.4.1 計算模型
8.4.2 WG-PITD方法的計算精度和計算效率分析
8.4.3 廣義WG-PITD方法的計算精度和計算效率分析
參考文獻

第9章 柱坐標係中的電磁波時程精細積分法
9.1 軸對稱情況下柱坐標係中的時程精細積分法
9.1.1 軸對稱情況下柱坐標係中時程精細積分法的空間差分格式
9.1.2 吸收邊界條件
9.2 數值算例
參考文獻

精彩書摘

　　《電磁波時程精細積分法》：
　　最後，值得一提的是無單元法，它隻需節點信息，不需單元信息，從而擺脫瞭單元的限製。對於諸如小氣隙、薄闆介質、運動綫圈等特殊問題，有限元網格剖分睏難，計算精度難以保證，無單元法卻能作為有限元法一個有力的補充。
　　總之，有限元法以其獨特的優點，在穩態電磁場數值分析領域中越來越占據著主導地位。時至今日，有限元法在理論上也還在發展，其數值處理技術也在不斷地提高。特彆是新興、交叉學科發展給電磁場有限元數值分析提齣瞭許多新的要求，賦予瞭其很廣闊的研究和應用前景。
　　1.2.3邊界元法
　　上麵所討論的矩量法和有限元法都可稱為區域型方法。這些方法所選擇的試探函數完全地或局部地滿足問題的邊界條件，而在所求解問題的區域中用這些試探函數去逼近區域內微分方程。對於非均勻介質或各嚮異性介質中的場以及某些非綫性問題，應用有限元法都可以得到比較精確的數值計算結果。但是，真正要說有限元法是十全十美的以及可以運用於相當廣闊的領域，這卻是言過其實的。首先，有限元法作為一種區域型方法，它需要將區域離散化，導緻需要組成復雜的數據結構以及求解大型代數方程組占用過多的機時問題等。特彆是使用有限元法求解三維問題就更睏難瞭。其次，對於無界域問題，由於計算域延拓至無窮時導緻其上邊界條件處理的睏難，使得難以對有限元法計算結果的誤差進行控製。在這種情況下，人們不斷地尋求和發展新的方法，邊界元法就是一種與有限元法這種區域型方法相對應的方法。邊界元法是一種邊界型方法，它所選擇的試探函數滿足區域內的微分方程，但並不滿足邊界條件，而後再用這些函數去逼近邊界條件。
　　邊界元法是由英國Southampton大學土木工程係於20世紀70年代首創的。它可以理解成邊界積分法和有限元法的混閤技術，即將邊界廣義位移和廣義力作為獨立變量，且同時以滿足場方程的奇異函數為加權函數，采用加權餘量法把微分方程變成感興趣邊界上的積分方程，然後通過類似於有限元法中應用的離散化過程進行求解。不嚴格地說，邊界元法就是解邊界積分方程的有限元法。它把區域的邊界分割成許多單元，像有限元那樣選取在各個單元上的插值函數，可以具有各種形式。與以前的積分方程近似解法所采用的點匹配法不同，邊界元法沒有把獨立變量集中到區域邊界的許多點上，而現在沒有這個限製，這一點是很重要的。
　　……

前言/序言

《復雜介質中電磁場散射與輻射理論基礎》 本書簡介 本書旨在深入探討在復雜電磁環境中，特彆是包含非均勻、各嚮異性、時變以及非綫性特性的介質結構中，電磁波的散射與輻射問題的理論基礎與數值模擬方法。全書內容緊密圍繞麥剋斯韋方程組在特定邊界條件下的嚴格求解，並著重闡述如何將抽象的數學模型轉化為可用於工程實踐的有效計算工具。本書不涉及任何關於“電磁波時程精細積分法”的具體內容或技術細節。 第一部分：麥剋斯韋方程組的微分與積分形式及其在復雜介質中的應用 本部分首先對經典電磁場理論進行係統迴顧，重點梳理瞭麥剋斯韋方程組在不同形式（微分形式與積分形式）下的內在聯係與適用範圍。隨後，我們將深入分析在具有頻率依賴性和空間梯度特性的介質中，電磁場的時間導數與空間導數如何相互耦閤。 1.1 廣義本構關係與本構方程的修正： 討論瞭在先進功能材料（如超材料、磁電耦閤材料）中，傳統綫性本構關係（$mathbf{D} = epsilon mathbf{E}, mathbf{B} = mu mathbf{H}$）的局限性。引入瞭張量形式的介電常數、磁導率以及導納率，並探討瞭在頻域和時域內，這些張量如何描述材料對電磁場的響應。重點分析瞭各嚮異性介質中電場和磁場矢量之間的非正交性。 1.2 亥姆霍茲方程的推廣與波導色散分析： 基於時諧假設，推導瞭在任意可微介質中電場和磁場分量的標量亥姆霍茲方程。著重分析瞭在非均勻介質層狀結構中，本徵模式（Eigenmodes）的傳播常數和衰減常數的精確求解方法。引入瞭有效介質理論（EMT）在描述宏觀等效參數時的近似原理與誤差分析。 1.3 邊界條件在復雜界麵上的適用性： 詳細闡述瞭電磁場在理想導體、理想電導體、界麵、以及具有錶麵電導率的材料錶麵上的精確邊界條件。特彆關注瞭當介質的介電常數或磁導率在界麵處發生不連續跳變時，電場和磁場切嚮/法嚮分量的連續性條件的嚴格錶述與應用。 第二部分：電磁波散射理論的嚴格化處理 本部分聚焦於解析和數值方法在處理復雜散射體時的挑戰與解決方案。重點在於如何精確地捕捉散射場與入射場的相互作用，特彆是對於小尺寸、高對比度或具有尖銳邊緣的結構。 2.1 散射截麵、極化特性與遠場分析： 定義瞭雷達散射截麵（RCS）的物理意義，包括微分截麵和積分截麵。建立瞭遠場漸近展開，並詳細分析瞭散射場的極化比、交叉極化水平隨觀測角度的變化規律。引入瞭波前畸變的概念，用以量化復雜介質對平麵波前沿的扭麯程度。 2.2 積分方程方法的基礎： 深入探討瞭基於格林函數的方法，特彆是電動（EFIE）和磁動（MFIE）積分方程的推導過程。針對具有內部散射體的散射問題，引入瞭體積積分方程（VIE）。詳細討論瞭在三維復雜結構中，求解這些積分方程的病態性問題及其處理技術，如奇異點的數值處理。 2.3 物理光學（PO）與幾何光學（GO）的局限性與修正： 分析瞭傳統基於射綫理論的近似方法（GO）在處理衍射邊緣和掠射角入射時的不足。介紹瞭物理光學（PO）方法中，如何通過修正法嚮單位矢量和引入物理光學繞射因子來提高對散射場的預測精度，尤其是在高頻區域的應用。 第三部分：輻射場分析與源的建模 本部分關注於在復雜背景場中，結構或器件內部源（如天綫、點電流源）所産生的電磁輻射特性。 3.1 天綫理論在非均勻介質中的修正： 探討瞭當源被置於各嚮異性或非均勻介質內部時，其輸入阻抗、輻射方嚮圖如何受到周圍環境的調製。引入瞭環境因子（Environmental Factor）的概念，用於量化介質相對傳統真空環境對天綫性能的影響。 3.2 偶極子與綫源的輻射場解析： 詳細推導瞭在無限大、均勻各嚮異性介質中，特定方嚮上小尺寸電流源（如短偶極子、有限長電流元）的遠場輻射公式。重點分析瞭介質的雙摺射現象（Birefringence）如何導緻輻射波束在不同極化分量上産生分離。 3.3 陣列理論與互耦分析： 討論瞭在復雜結構中放置多源天綫陣列時，單元間的相互耦閤問題。建立瞭陣因子與單元因子之間的關係，並提齣瞭考慮周圍結構電磁效應的修正互耦矩陣的構建方法，這對於設計復雜嵌入式陣列至關重要。 第四部分：先進數值方法在復雜散射與輻射中的應用 本部分側重於將前述理論轉化為可計算的數值模型，特彆是針對三維、寬帶或高頻問題的處理技術。 4.1 有限元法（FEM）在區域化建模中的優勢： 詳細介紹瞭在具有復雜幾何形狀的局部區域（如天綫饋點、材料交界麵）使用有限元法進行高精度分析的步驟。討論瞭高階形函數、網格剖分質量對解的收斂性和穩定性的影響，並探討瞭如何結閤對流體邊界條件（ABC）或完美匹配層（PML）來截斷計算域。 4.2 有限差分時域法（FDTD）的穩定性與色散特性： 深入分析瞭FDTD方法在處理電磁波傳播問題時的離散化誤差。重點闡述瞭Yee單元的穩定準則，並討論瞭在各嚮異性或非綫性材料中，如何修正差分格式以維持數值穩定性。分析瞭該方法在寬帶分析中的色散誤差來源。 4.3 混閤算法（Hybrid Methods）的應用： 強調瞭單一數值方法難以有效處理所有尺度問題的現狀。介紹瞭將積分方程（用於遠場散射體）與基於網格的方法（如FEM或FDTD，用於近場復雜結構）相結閤的混閤算法框架，旨在平衡計算精度與資源消耗。 本書內容結構嚴謹，理論推導詳盡，適用於高等院校電磁場與微波技術專業的研究生及從事電磁兼容性（EMC）、雷達散射分析、電磁散射與隱身技術、微波器件設計等領域的工程師和研究人員。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《電磁波時程精細積分法》這個書名時，我的腦海中立刻浮現齣那些將復雜問題化繁為簡，又將簡單概念推嚮極緻的科學巨匠。這個名字本身就透露著一種對時間演進過程中電磁現象的深入洞察，以及一種對數學工具的極緻運用。我一直在思考，在物理學領域，尤其是電磁學，如何能夠實現更精準的建模和預測。這本書的“精細積分法”，讓我聯想到一種能夠精確捕捉電磁波從産生到傳播、再到相互作用的每一個細微瞬間的方法。它可能包含瞭一係列新穎的數值算法，能夠處理那些傳統方法難以逾越的挑戰，比如復雜的時域耦閤問題，或者在高速變化環境下的電磁響應。我相信，這本書的齣現，可能會為電磁場與電磁波的理論研究和工程應用開闢新的道路。

評分☆☆☆☆☆

我注意到這本書的書名，瞬間就聯想到瞭一些非常前沿且具有挑戰性的科學問題。 “電磁波時程精細積分法”，僅僅是這個名字，就讓人感受到一種對科學探索的嚴謹態度和對未知領域的深度挖掘。我想象著，這本書或許會帶領讀者深入到電磁波行為的每一個瞬間，用最精確的數學工具去捕捉它們最細微的變化。這種“精細”，不僅僅是計算上的精確，更是對物理現象本質的深刻理解。我很好奇，這本書會如何處理那些復雜的邊界條件，如何應對不同材料的電磁響應，以及如何在三維復雜環境中模擬電磁波的傳播。它可能為解決那些在高速通信、精密測量、或者先進成像技術中遇到的瓶頸問題提供一套全新的解決方案。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，一本關於“電磁波時程精細積分法”的學術專著，光是名字就透著一股嚴謹與深度。我承認，最開始吸引我的確實是這個名字所暗示的專業性，它讓我聯想到那些在實驗室裏通宵達旦、反復演算的科研人員，以及那些解決復雜工程問題的智慧結晶。我一直對物理學中那些能夠揭示事物底層運行機製的數學工具充滿敬畏，而“時程”和“精細積分”這兩個詞匯，無疑指嚮瞭在時間維度上對電磁波行為進行精確刻畫的方法論。這讓我不禁遐想，這本書是否會深入探討各種數值積分算法在模擬電磁波傳播過程中的優劣，例如如何處理邊界條件，如何提高計算精度，又或者是在解決諸如電磁散射、輻射等實際工程問題時，這種“精細積分法”又能提供何種突破性的解決方案。它是否會像一把精密的手術刀，將復雜的電磁現象剖析得淋灕盡緻，讓讀者得以窺探其最細微的脈動。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對前沿科技充滿好奇心的讀者，這本《電磁波時程精細積分法》的書名本身就極具吸引力。它讓我聯想到那些能夠將理論知識轉化為實際應用的神奇公式和方法。我常常在思考，在瞬息萬變的現代科技領域，尤其是與通信、雷達、醫療成像等息息相關的電磁波技術，如何纔能達到更高的精度和效率？“精細積分法”這個詞，讓我覺得這可能是一種能夠突破現有局限，實現更精確模擬和預測的方法。我猜想，書中會涉及如何通過精密的數學推導和計算，來準確描述電磁波在不同介質、不同環境下的傳播特性，以及如何利用這些方法來設計更優良的電磁器件和係統。它可能為解決那些看似棘手的電磁兼容性問題，或者開發更先進的隱身技術提供理論基礎和技術支持。

評分☆☆☆☆☆

翻開這本書，一股濃厚的理論氣息撲麵而來，雖然我並非該領域的專傢，但書名中“精細積分法”這個關鍵詞，無疑勾起瞭我對於數學工具在科學研究中強大力量的聯想。我常常想象，當麵對復雜的物理模型時，如果能夠有一種方法，能夠像剝洋蔥一樣，一層一層地，細緻入微地解析其在時間演進過程中的變化，那將是多麼令人振奮的事情。這本書的名字，恰恰傳遞瞭這種信息，它暗示著一種對時間精度有著極緻追求的計算方法。我很好奇，這種“精細”體現在何處？是算法本身的細膩程度，還是它能夠處理的物理問題的細緻入微？或許它能夠幫助我們更好地理解那些瞬息萬變的電磁現象，比如電磁脈衝的産生與傳播，或者在微納尺度下電磁場的行為。它可能是一本能夠啓發思考，引領我們進入電磁學研究更深層次殿堂的指南。