现代微波工程时域有限差分方法 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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傅佳辉等 著

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• 微波工程
• 时域有限差分法
• 电磁场数值计算
• 计算电磁学
• 数值方法
• 高等教育
• 理工科
• 电磁兼容性
• 天线
• 微波器件

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出版社： 哈尔滨工业大学出版社

ISBN：9787560340760

商品编码：1076711776

出版时间：2013-05-01

作  者:傅佳辉 等 著作 定  价:30 出 版 社:哈尔滨工业大学出版社 出版日期:2013年05月01日 页  数:223 装  帧:平装 ISBN:9787560340760 《现代微波工程时域有限差分方法》可供从事微波工程电磁问题领域的相关人员参考，也可作为高等院校相关专业高年级本科生和研究生的教学参考书。  ●第l章 绪论
●1.1 麦克斯韦方程回顾
●1.2 时域有限差分法概述
●1.3 时域有限差分法的三要素
●1.4 FDTD算法的优点与应用
●1.5 FDTD算法的研究进展
●第2章 FDTD方法的维电磁仿真
●2.1 维自由空间公式
●2.2 FDTD方法的稳定性
●2.3 维条件下的吸收边界
●2.4 电磁波在电介质中传播
●2.5 电磁波在有耗媒质中传播
●2.6 引入电通量密度的仿真计算
●2.7 色散媒质的仿真模型
●2.8 基于Z变换的仿真模型及计算
●2.9 非磁化等离子体的仿真计算
●2.10 洛伦兹媒质的仿真计算
●2.11 人体肌肉组织的仿真计算
●2.12 左手介质的仿真计算
●第3章 FDTD二维电磁仿真
●部分目录

内容简介

由傅佳辉、孟繁义、杨国辉、张狂编著的《现代微波工程时域有限差分方法／电子与信息工程系列》循序渐进地介绍了非分裂的时域有限差分方法，它的优点在于并不需要对PML空间进行特殊处理，也不需对边界的电场和磁场进行分裂，吸收边界和工作空间可以通过参数转换来完成。首先，本书从一维的FDTD方法开始人手，这种研究过程接近符合从简单到复杂、从一维到多维的认知过程。在一维中，只包含两个场分量和沿z方向传输的TEM波，但它所描述的物理意义很好清晰，对于初学者来说，易于掌握。而二维FDTD电磁仿真是对一维程序的扩展，并建立了二维非分裂吸收边界条件。而对于三维FDTD仿真则和二维仿真处理方法接近一样，仅仅是求解的方程更为复杂。很后，对三维程序进行模块化设计，并利用已经搭建的FDTD的基本框架，对微带电路建模与仿真方法进行具体的阐述，并给出程序的每一部分细节，使读者能够对微带电路的分析有一个全面的认识，并可以应用到等

《现代微波工程时域有限差分方法》：洞悉电磁世界的神奇之钥 在日新月异的科技浪潮中，电磁波无处不在，它们支撑着通信、雷达、医疗成像，甚至是我们日常使用的微波炉。理解和驾驭这些不可见的力量，需要一套强大而精准的工具。《现代微波工程时域有限差分方法》正是这样一把洞悉电磁世界神奇奥秘的钥匙，它将带领读者穿越抽象的数学公式，深入电磁场的动态演化过程，掌握预测和设计复杂微波器件的精湛技艺。 本书并非对某一本具体书籍的复述，而是旨在勾勒出“时域有限差分（FDTD）方法”在现代微波工程领域的核心地位及其应用价值。它所探讨的，是一种革命性的数值分析技术，能够直观地模拟电磁波在时间和空间上的传播行为，为工程师和研究人员提供了一种强大的可视化和分析工具。 时域有限差分方法：理解电磁波传播的直观视角 传统上，电磁场的分析往往依赖于麦克斯韦方程组的解析解。然而，对于结构复杂、材料多样的微波器件，解析方法往往难以实现。FDTD方法的出现，彻底改变了这一局面。它将连续的麦克斯韦方程转化为离散的差分方程，在时间和空间上对电磁场进行“步进式”的模拟。想象一下，将一个复杂的电磁场景分割成无数微小的网格，然后在每个网格点上，以极小的时间步长，一步步计算电场和磁场的变化。这种“时间上的逐步演进”和“空间上的网格划分”，正是FDTD方法的精髓所在。 与频域方法相比，FDTD方法最大的优势在于其直观性和通用性。它能够直接模拟电磁波的瞬态响应，揭示波动的传播过程、反射、散射和衍射等现象，这对于理解微波器件的动态行为至关重要。同时，FDTD方法可以轻松处理任意复杂的几何结构和非均匀介质，无论是微带线、同轴线、波导，还是天线、滤波器、电磁兼容性问题，都能迎刃而解。它就像一位技艺精湛的“电磁舞蹈编排师”，能够精确地展现每一束电磁波在复杂环境中的每一次起舞。 核心理论基石：从麦克斯韦方程到差分演算 要掌握FDTD方法，首先需要牢固理解其理论基础——麦克斯韦方程组。本书将深入剖析麦克斯韦方程组的物理含义，包括电场和磁场的产生、相互激发以及在不同介质中的传播规律。在此基础上，它将详细阐述如何将这些偏微分方程转化为易于计算机求解的差分方程。这涉及到对空间导数和时间导数进行近似计算，例如使用中心差分格式。书中将清晰地解释“交错网格”的概念，即电场和磁场在空间和时间上的交错分布，这正是保证数值稳定性和精度的关键。 理解这些基本原理，读者将能够掌握FDTD算法的基本框架： 网格划分： 如何根据器件的几何尺寸和期望的精度，合理地划分三维仿真空间，以及如何处理边界条件。 差分方程构建： 如何将麦克斯韦方程组的微分形式转化为离散的差分形式，用于计算每个网格点上的电场和磁场分量。 时间推进： 如何通过迭代计算，一步步模拟电磁波在网格中的传播过程。 边界处理： 如何在仿真区域的边界处施加适当的条件，以模拟无限空间传播或与外部环境的交互。 实际应用场景：FDTD方法在微波工程中的广泛天地 FDTD方法强大的仿真能力，使其在现代微波工程的各个领域都扮演着举足轻重的角色： 天线设计与优化： 无论是最简单的偶极子天线，还是复杂的相控阵天线，FDTD方法都能精确预测其辐射方向图、阻抗匹配和增益等关键参数。工程师可以通过仿真调整天线结构，优化其性能，缩短研发周期。想象一下，在设计一款新型手机天线时，通过FDTD仿真，可以在屏幕上“看到”电磁波如何从天线辐射出去，如何与手机壳相互作用，从而快速迭代出最佳设计。 滤波器与耦合器的设计： 微波滤波器是信号处理的关键组件，其设计精度直接影响通信系统的滤波效果。FDTD方法能够仿真滤波器的传输特性、插入损耗和阻带衰减，帮助工程师设计出满足严苛要求的滤波器。对于各种耦合器，如定向耦合器、功率分配器等，FDTD方法同样能够提供精准的设计依据。 传输线与波导分析： 微带线、同轴线、矩形波导、圆波导等是微波电路中最基本的传输结构。FDTD方法可以精确计算这些传输线的传播模式、特性阻抗和损耗，为电路设计提供可靠的数据。 电磁兼容性（EMC）与电磁干扰（EMI）分析： 在现代电子设备日益复杂的今天，EMC/EMI问题日益突出。FDTD方法能够模拟电子设备产生的电磁辐射，预测其对周围环境的影响，以及外部电磁场对设备的影响。这对于确保电子产品的可靠性和安全性至关重要。例如，仿真汽车内部不同电子模块之间的电磁干扰，以避免通信失效或误触发。 微波器件的散射参数（S参数）计算： S参数是描述微波器件输入输出端口之间功率传输关系的指标，是衡量器件性能的关键参数。FDTD方法可以通过仿真器件的瞬态响应，直接计算出其S参数，这比传统的频域谐振法更加直观和灵活。 微波器件的故障分析与修复： 当微波设备出现故障时，FDTD方法可以用来模拟故障状态下电磁场的行为，帮助定位故障原因，并指导修复方案的制定。 新型材料的电磁特性研究： 随着超材料、负折射率材料等新型电磁材料的不断涌现，FDTD方法为研究这些材料的独特电磁特性提供了强大的仿真平台。 从理论到实践：掌握FDTD方法的关键要素 本书不仅仅停留在理论层面，更强调实际操作的指导意义。它将引导读者了解： 数值稳定性与精度： FDTD方法的数值精度受到网格尺寸和时间步长的影响。书中将深入探讨“库朗条件”，即限制时间步长必须小于一定阈值，以保证计算的稳定性。同时，也将介绍提高精度的各种技巧，如自适应网格剖分、高阶差分格式等。 吸收边界条件（ABC）： 为了模拟无限空间，避免仿真区域边界的电磁波反射，需要采用特殊的吸收边界条件。书中将详细介绍各种ABC的原理和实现方法，如Mur吸收边界、Perfectly Matched Layer（PML）等。PML是目前最为常用和有效的吸收边界条件，其理论和应用将是重点介绍的内容。 源激励的设置： 如何在仿真中设置合理的电磁波源，例如平面波、高斯脉冲等，以激发特定的电磁响应。 后处理与数据分析： 如何从仿真结果中提取有用的信息，例如电场/磁场分布图、S参数曲线、辐射方向图等，并对数据进行可视化和分析。 常用仿真软件介绍（非具体操作）： 虽然不涉及具体软件的教程，但会提及市面上主流的FDTD仿真软件（如CST Microwave Studio, HFSS, Lumerical FDTD等），让读者了解现有工具的强大功能，并能根据自己的需求进行选择。 面向未来：FDTD方法在微波工程中的发展趋势 随着计算能力的不断提升和算法的持续优化，FDTD方法在微波工程领域的应用将更加深入和广泛。未来的发展趋势可能包括： 更高精度的算法： 开发更精密的差分格式，以在更粗糙的网格下获得更高的仿真精度。 并行计算与 GPU 加速： 利用多核处理器和GPU的强大并行计算能力，极大地缩短仿真时间，处理更大更复杂的模型。 与机器学习的结合： 将FDTD仿真与机器学习技术相结合，实现更快速的设计优化和参数反演。 多物理场耦合仿真： 将电磁场仿真与热、力、流等其他物理场仿真进行耦合，以解决更复杂的工程问题，例如微波器件的热效应分析。 面向更宽频带和更广阔的应用： 探索FDTD方法在太赫兹、光学等更广阔频段的应用，以及在生物医学、新能源等新兴领域的潜力。 《现代微波工程时域有限差分方法》将是一次引人入胜的电磁探索之旅。它将为工程师、研究人员和学生提供坚实的理论基础和实践指导，帮助他们掌握这一强大的数值工具，从而在微波工程的各个分支领域取得突破性的进展。无论您是初涉微波领域的新手，还是寻求提升仿真技术的资深专家，这本书都将为您打开通往电磁世界深处的大门，让您能够以更清晰、更准确的视角，理解和创造属于未来的微波技术。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对物理世界充满好奇并热衷于探索其背后规律的人，我对那些能够用精确的数学语言描述自然现象的书籍情有独钟。《现代微波工程时域有限差分方法》这个名字，恰恰契合了我的阅读口味。“时域有限差分方法”本身就蕴含着一种将连续演化的物理过程转化为离散计算步骤的智慧，这正是我所着迷的。我猜想，本书的扉页定然会陈列着一套严谨的数学体系，从基础的场论出发，一步步构建起FDTD方法的理论框架。 我期待书中能够详细讲解差分格式的选取、空间和时间步长的关系、以及如何有效地处理各种边界条件，例如理想导体、吸收边界等。 我更希望能看到书中对FDTD方法在实际微波工程问题中的应用案例进行深入剖析，比如如何利用它来仿真传输线、腔体结构、或者天线的辐射特性。 如果作者能够分享一些关于如何优化FDTD算法以提高计算效率和精度的经验，那无疑会让我受益匪浅。总而言之，我希望这本书能够成为我理解和掌握时域有限差分方法这一强大工具的敲门砖，让我能够自信地将其应用于更广泛的微波工程研究与实践。

评分☆☆☆☆☆

作为一个长久以来被电磁波的神秘魅力所吸引的爱好者，我总是渴望找到一本能够将深奥的理论与实际应用紧密结合的书籍。当我在书架上看到《现代微波工程时域有限差分方法》时，我的目光立刻被吸引住了。这个名字本身就传递出一种现代感和前沿性，暗示着它将带领我进入微波工程领域最先进的技术前沿。“时域有限差分方法”——这几个字在我脑海中勾勒出一幅画面：复杂的电磁现象在时间和空间上被分解成离散的步长，通过精密的计算模型进行模拟和预测。我迫不及待地想要探究书中是如何将这种强大的数值计算工具应用于微波器件的设计、电磁兼容性分析，甚至雷达系统等领域的。我猜测，书中定然会包含大量的图示和公式推导，以严谨的数学语言阐述FDTD算法的原理，但同时也会穿插许多实际的工程案例，用以说明理论在实践中的应用价值。我期望这本书能够解答我对于许多微波工程难题的疑问，例如如何优化天线设计以获得更高的增益，或者如何有效地抑制电磁干扰，使得我能够在未来的学习和工作中更加得心应手。

评分☆☆☆☆☆

我对科学著作的偏好，通常在于其清晰的逻辑结构和前沿的知识储备。 《现代微波工程时域有限差分方法》这个书名，恰恰满足了我对这两点近乎苛刻的要求。“现代”一词，预示着其内容紧跟时代步伐，不会是陈旧过时的理论堆砌；而“时域有限差分方法”则直接点明了核心技术，这是一个在电磁场模拟领域极其重要且应用广泛的数值方法。我设想，书中将深入浅出地剖析FDTD方法的原理，从麦克斯韦方程组的离散化过程，到数值网格的构建，再到算法的实现细节，都会被娓娓道来。更令我期待的是，这本书是否会提供一些实际的仿真代码示例，或是针对特定微波工程问题的案例分析，比如如何利用FDTD方法设计一个高性能的微带滤波器，或者分析一个复杂结构的电磁散射特性。我深信，一本优秀的工程技术书籍，不仅要讲述“是什么”，更要解释“怎么做”，并进一步探讨“为什么这么做”。因此，我期待这本书能够提供扎实的理论基础，同时辅以丰富的实践指导，使读者能够真正掌握这项强大的仿真工具，并将其灵活运用于解决实际的工程挑战。

评分☆☆☆☆☆

在众多专业书籍中，我常常被那些能够揭示复杂技术核心的书籍所吸引。 《现代微波工程时域有限差分方法》这个书名，无疑精准地戳中了我的兴趣点。“时域有限差分方法”是一个听起来就充满技术含量的术语，我深知它在电磁场模拟领域的重要性。我好奇的是，作者将如何系统地梳理和阐述这一方法。我脑海中浮现出，书中可能会详细介绍FDTD方法如何将连续的麦克斯韦方程转化为离散的差分方程，以及网格划分的策略、边界条件的设置、以及各种数值稳定性条件的推导。对于我这样一个渴望深入理解微波工程背后计算原理的读者而言，这无疑是一场知识的盛宴。我期待书中能够提供清晰的算法流程图，甚至是一些伪代码，以便我能更直观地理解算法的执行过程。更进一步，我希望这本书能拓展到FDTD方法在处理复杂几何形状、非均匀介质，以及考虑损耗等实际工程问题时的技巧和改进。如果书中能包含一些实际的仿真结果图，那将是极大的加分项，能够让我直观地感受到FDTD方法的强大威力。

评分☆☆☆☆☆

这部著作的封面设计着实引人注目，一种深邃的蓝色背景，辅以简约而现代的几何图形，仿佛预示着书中所要探讨的奥秘。我一直对电磁场理论以及其在工程应用中的前沿技术充满好奇，而“时域有限差分方法”这个词组本身就充满了力量感和精确性。虽然我尚未有机会深入阅读，但从这书名中，我仿佛能感受到作者对于这一复杂数学模型在现代工程领域应用的深刻洞察。想象一下，将抽象的数学概念转化为具体的工程解决方案，这本身就是一件令人兴奋的事情。我期待这本书能够以一种引人入胜的方式，将枯燥的理论知识与生动的工程实例相结合，让我这位初学者也能窥见微波工程领域的宏伟图景。尤其是在当今科技飞速发展的时代，对信号传播、器件设计等方面的精确模拟需求日益增长，这本书的出现无疑为许多工程师和研究人员提供了宝贵的参考。我设想，书中会涉及诸如网格划分、边界条件处理、稳定性分析等关键概念，这些都是FDTD方法的核心，也是实现精确仿真的基石。希望这本书能够像一位经验丰富的向导，带领我穿越微波工程的迷雾，抵达知识的彼岸。