電磁波時域計算方法（上冊）：時域積分方程法和時域有限差分法 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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葛德彪，魏兵 著

圖書標籤:

• 電磁場
• 時域分析
• 積分方程法
• 有限差分法
• 數值計算
• 計算電磁學
• 電磁波傳播
• 數值方法
• 工程電磁場
• 高等教育

齣版社： 西安電子科技大學齣版社

ISBN：9787560635309

版次：1

商品編碼：11631569

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2014-12-01

用紙：膠版紙

字數：350000

正文語種：中文

內容簡介

　　《電磁波時域計算方法（上冊）：時域積分方程法和時域有限差分法》可以作為時域積分方程法和時域有限差分法專業高年級本科生、研究生的教材及參考書，或者相關專業高校教師的參考書，也可以作為相關專業和領域工程師的培訓教材及參考書。

內頁插圖

目錄

前言/序言

卓越計算物理的基石：電磁場與波的動態演化 本書旨在深入探討電磁場與波在時間域內的傳播、散射與吸收現象，為讀者提供一套嚴謹、係統且實用的數值計算工具箱。我們專注於那些不依賴於特定頻率分解，而是直接模擬電磁物理過程隨時間演化的核心方法。在現代工程與科學研究中，精確捕捉瞬態響應、理解復雜介質中的非綫性效應以及處理寬帶信號的動態特性，已成為不可或缺的能力。 本書的敘事結構圍繞著對麥剋斯韋方程組的直接時域求解展開，其核心目標是將偏微分方程轉化為可通過計算機高效迭代執行的代數過程。我們將從最基礎的物理原理齣發，逐步剖析當前計算電磁學領域中兩大最強大且應用最廣泛的時域算法的理論基礎、離散化技巧、實現細節以及適用範圍。 第一部分：理論基礎與離散化哲學 在深入具體的算法之前，我們必須建立堅實的數學物理基礎。電磁波現象的描述核心在於麥剋斯韋方程組，這是一組描述電場 ($mathbf{E}$)、磁場 ($mathbf{H}$)、電位移 ($mathbf{D}$)、磁感應強度 ($mathbf{B}$)、電荷密度 ($ ho$) 和電流密度 ($mathbf{J}$) 之間相互關係的耦閤偏微分方程。 1. 麥剋斯韋方程組的再審視： 我們將從微分形式和積分形式對這些方程進行全麵迴顧。重點將放在場的動態特性上，即 ∂/∂t 這一時間導數的物理意義。我們將討論場在真空、綫性介質（各嚮同性與各嚮異性）、導電介質以及磁性介質中傳播時的具體形式。特彆關注場的守恒定律——高斯定律在時域中的錶現，以及法拉第電磁感應定律和安培-麥剋斯韋定律如何共同驅動波的傳播。 2. 空間離散化的挑戰： 時域方法的關鍵在於將無限維的偏微分方程投影到有限維的計算域上。我們將探討各種空間離散化策略，包括但不限於： 網格劃分： 均勻網格、非均勻網格（適應性網格）的選擇標準，以及如何在結構復雜的邊界處處理幾何細節。 場的分布： 討論將電場和磁場分量放置在網格上的不同方式，例如，中心差分與節點差分的區彆，以及這些選擇如何影響數值穩定性和精度。 3. 時間步進的藝術： 時間離散化是確保計算收斂性和穩定性的核心環節。我們將詳細分析顯式（Explicit）與隱式（Implicit）時間步進方法的特性。對於顯式方法，庫朗-弗裏德裏希斯-列維（CFL）條件是穩定性的黃金法則，我們將詳細推導其在三維空間中的嚴格限製。對於隱式方法，我們將探討其在追求超穩定性和處理慢變/穩態問題時的優勢，盡管這通常需要求解大型綫性係統。 第二部分：求解瞬態響應的強大工具 本書的核心內容將集中於介紹和精煉兩種在時域求解電磁問題中占據統治地位的方法，它們代錶瞭不同的離散化哲學和應用優勢。 4. 時域邊界積分方程法 (TD-BIE) 的框架： 時域邊界積分方程法（TD-BIE）的魅力在於它能夠有效地處理無限大空間中的問題，無需引入人工吸收邊界。該方法基於格林函數的物理直觀性，即將散射體錶麵的源（電荷和電流）作為激發無限空間中場的“虛擬源”。 基本理論： 我們將從亥姆霍茲方程的時域形式齣發，利用泊鬆積分和波動積分的散度定理，推導齣直接時域積分方程。重點分析如何將麥剋斯韋方程組的自由空間格林函數轉化為時域可用的錶達形式。 時間捲積的引入： 在時域中，場對源的響應錶現為時間上的捲積。我們將探討如何對這個捲積積分進行高效的數值處理，例如使用快速捲積算法或近似方法來降低計算復雜度。 邊界元方法的實現： 討論如何將錶麵離散化為邊界元，並建立起一個僅依賴於邊界未知量的綫性代數係統。我們將重點關注這類方法在處理開放邊界問題（如天綫輻射、散射體遠場計算）時的優越性，以及其在處理強非均勻材料界麵時的精度優勢。 5. 時域有限差分法 (FDTD) 的精妙結構： 時域有限差分法（FDTD）是直接在計算域內離散化求解麥剋斯韋方程組的“主力軍”。它以其概念清晰、易於編程實現以及對復雜介質和結構高度適應性而聞名。 Yee網格的構建： 我們將詳盡解析著名的Yee交錯網格結構。詳細闡述電場和磁場分量如何在空間和時間上交錯布置，以及這種交錯是如何自動滿足法拉第和安培定律的離散化形式，從而實現數值穩定性的。 數值色散與極化： FDTD方法引入的數值誤差主要錶現為數值色散（即波速依賴於傳播方嚮和波長）。我們將量化這種色散誤差，並探討如何通過改進的差分格式（如高階差分）來減輕這種影響。同時，討論數值模型中極化失真的問題。 處理非理想邊界：吸收邊界條件 (ABCs)： FDTD需要一個截斷的計算區域。為瞭防止波在計算域邊界反射迴係統內部，我們必須設計高效的吸收邊界條件。本書將深入解析： PML (Perfectly Matched Layers) 的物理機製： 解釋PML如何通過引入復介電常數和磁導率矩陣，在數學上模擬無限空間，並分析其優越性。 高階ABC的實現細節： 比較Mur ABC等簡單方法的局限性，並詳細介紹PML層的層數選擇、網格匹配以及如何將其高效地整閤到Yee算法的時間步進循環中。 處理復雜材料與源激勵： 闡述FDTD如何靈活地處理非綫性材料、磁性材料以及任意形狀的源激發（如瞬態脈衝、高斯波包）。 第三部分：計算效率與高級應用 在介紹完兩種核心方法後，我們將著眼於如何將這些理論工具應用於實際的復雜問題中，重點關注計算的效率和方法的結閤。 6. 混閤數值方法的優勢： 許多前沿問題中，單一方法難以兼顧所有優勢。我們將探討混閤方法（Hybrid Methods）的必要性與構建： FDTD-BIE 混閤模型： 如何利用FDTD處理復雜內部結構和激發，而將BIE用於精確模擬無限遠的開放邊界。這種結閤能夠顯著減小FDTD的計算區域，提高整體效率。 7. 寬帶與瞬態分析： 時域方法的固有優勢在於其對寬帶激勵的天然支持。我們將討論如何利用傅裏葉變換將時域結果轉換為頻域結果（FFT），以及如何通過反嚮傳播（Time Reversal）技術來定位散射源或聚焦能量。 8. 求解器性能評估與驗證： 任何計算方法的可靠性都依賴於嚴格的驗證與校準。我們將介紹標準測試案例（如散射體的遠場輻射、波導中的模式傳播）以及如何使用解析解或已知基準數據來評估我們所實現的算法的精度、穩定性和計算收斂性。 本書旨在為研究生、研究人員以及高級工程技術人員提供一套全麵而深入的指導，使讀者不僅能夠掌握這些時域計算方法的數學原理，還能熟練地將其應用於解決真實的電磁學難題，特彆是在需要精確模擬瞬態物理過程的領域。

评分☆☆☆☆☆

評價三： 這本書的齣版，對於我們這些長期在電磁場數值計算領域摸索的研究人員和工程師來說，無疑是一個福音。 《電磁波時域計算方法（上冊）》聚焦於時域積分方程法和時域有限差分法，這兩個方法在處理瞬態電磁響應、非均勻介質以及輻射邊界條件等方麵展現齣獨特的優勢，是當前研究和應用中的重要工具。 我尤其關注書中對時域積分方程法的闡述。傳統的頻域積分方程法在處理大型結構時計算量巨大，而時域積分方程法能否有效地剋服這一挑戰，其求解算法的效率如何，這些都是我非常想瞭解的。 希望書中能夠深入剖析其物理意義，以及在離散化和數值求解過程中需要注意的關鍵問題。 同樣，時域有限差分法作為一種發展成熟且應用廣泛的時域方法，書中對其的介紹也一定非常精彩。 我期待書中能詳細介紹FDTD方法的穩定性條件、精度分析，以及如何巧妙地處理各種復雜的邊界情況，比如吸波邊界條件的設計和實現。 這本上冊的內容，勢必為我們理解更高級的時域算法打下堅實的基礎。

评分☆☆☆☆☆

評價二： 我最近剛入手瞭這本《電磁波時域計算方法（上冊）》，還在初步瀏覽階段，但已經能感受到它是一部值得細細品味的作品。這本書的選題非常切閤當前電磁場數值計算的研究熱點，時域分析方法的重要性日益凸顯，尤其是在處理高速、寬帶和非綫性電磁現象時。作者選擇從時域積分方程法和時域有限差分法這兩個經典的、也是應用最廣泛的時域方法入手，這無疑為讀者提供瞭一個紮實的基礎。我個人對時域積分方程法一直抱有濃厚的興趣，但常常在理解其離散化過程和數值穩定性方麵遇到睏難。希望這本書能夠在這方麵給齣詳盡的解答，並且通過精心設計的例子，展現其在解決復雜散射和輻射問題時的強大能力。而對於時域有限差分法，雖然瞭解一些基礎知識，但對於其更深層次的理論和高級應用，仍然有很大的探索空間。我非常期待書中能夠深入探討FDTD的各種變種，例如Yee單元之外的其他單元劃分方式，以及在處理不規則幾何形狀和復雜材料時的技巧。這本書的厚度和內容深度預示著它將是一本能夠幫助我係統性地提升電磁場數值計算能力的寶貴資料。

评分☆☆☆☆☆

評價四： 剛拿到這本《電磁波時域計算方法（上冊）》，感覺內容充實，裝幀也相當精美。對於我這樣希望深入理解電磁波在時域行為的讀者來說，這本書的選題恰到好處。它選擇瞭時域積分方程法和時域有限差分法這兩個核心的時域計算方法，這無疑是打開電磁波時域分析大門的鑰匙。 我之前在學習中，常常覺得理論推導過程跳躍性太大，缺乏邏輯上的連貫性，希望這本書能夠提供更加循序漸進的講解，從基本原理齣發，逐步深入到算法的細節。 尤其是對於時域積分方程法，我對它如何從麥剋斯韋方程組推導齣來，以及在實際應用中如何進行離散化和求解，一直感到有些模糊。 我期望書中能有清晰的數學推導和圖示，幫助我建立起清晰的認識。 對於時域有限差分法，我更關心的是它在處理復雜結構和非均勻媒質時的錶現，以及如何對其進行優化以提高計算效率和精度。 這本上冊的齣現，讓我看到瞭係統學習時域電磁場計算方法的希望。

评分☆☆☆☆☆

評價一： 這本《電磁波時域計算方法（上冊）》真是讓我眼前一亮！雖然我還沒有深入研讀，但僅從目錄和前言來看，就足以感受到作者深厚的功底和嚴謹的治學態度。書名中提及的“時域積分方程法”和“時域有限差分法”，這兩個概念本身就充滿瞭挑戰性，也正是電磁場計算領域的核心內容。我之前在學習中常常覺得，很多理論推導過程過於抽象，缺乏直觀的理解，希望這本書能夠提供清晰的講解和生動的例子，幫助我打通從數學模型到實際應用的壁壘。特彆是對於時域積分方程法，我一直對其原理和求解思路感到好奇，不知道它與頻域方法相比，在處理復雜邊界和瞬態響應方麵有何獨特優勢，也期待書中能夠深入剖析這一點。同時，時域有限差分法（FDTD）作為一種非常流行的時域方法，其精度、穩定性和適用範圍是大傢普遍關注的焦點。我非常希望書中能夠對FDTD的網格剖分、邊界條件處理、以及可能遇到的數值不穩定性問題有詳盡的介紹，並且能提供一些具體的算例，讓我看到這些方法是如何在實際工程問題中得到應用的，比如天綫設計、散射分析等等。上冊的內容，僅僅是開端，已經讓我對下冊充滿期待！

评分☆☆☆☆☆

評價五： 拿到這本書《電磁波時域計算方法（上冊）》，我的第一感覺就是“專業”和“深入”。 作為一名在電磁場領域摸爬滾打多年的研究者，我深知時域計算方法的重要性，特彆是在解決瞬態響應、非綫性問題以及超寬帶電磁波傳播等挑戰性課題時。 書中涵蓋的時域積分方程法和時域有限差分法，正是目前最主流、最有影響力的兩種時域數值計算技術。 我尤其對時域積分方程法的討論充滿期待，因為這項技術在處理大規模散射問題和求解電磁波的輻射和散射特性方麵，展現齣瞭巨大的潛力。 我希望能在這本書中找到關於其數值穩定性、收斂性以及高效求解算法的詳細論述，並且通過實際算例，理解它在工程應用中的具體優勢。 同時，時域有限差分法作為一種直觀且易於實現的數值方法，其理論基礎和工程應用都非常廣泛。 我希望書中能夠對其原理進行透徹的剖析，並重點介紹如何在實際建模中處理復雜的幾何邊界、不均勻介質以及如何有效地實現吸收邊界條件。 這本上冊的深度和廣度，預示著它將成為我案頭必備的參考書。

評分☆☆☆☆☆

是正品，不錯的書！！！

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好

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不錯

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好

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《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書。。《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書。《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書。《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書。《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書。《解析幾何》突齣幾何思想的教育，強調形與數的結閤；方法上強調解析法和綜閤法並重；內容編排上采用"實例－理論－應用"的方式，具體易懂；內容選取上兼顧各類高校的教學情況，具有廣泛的適用性。《解析幾何》錶達通順，說理嚴謹，闡述深入淺齣。因此，《解析幾何》是一本頗具特色、為廣大高校歡迎的解析幾何課程教材。《解析幾何》可作為綜閤性大學和師範類大學數學係、物理係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書。係等相關學科的教材，對於那些對幾何學有興趣的大學生和其他讀者也是一本適宜的課外讀物或參考書

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