數値電磁界解析のためのfdtd法 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 數値電磁界解析
• FDTD法
• 電磁波
• 數値解析
• 工學
• 電気工學
• 情報工學
• シミュレーション
• 有限差分時間領域法
• 電磁気學

齣版社： コロナ社

ISBN：9784339008845

商品編碼：19873601

《計算電磁場與波動》 概述 《計算電磁場與波動》是一部係統性闡述現代計算電磁場理論與方法，特彆是針對時域有限差分（FDTD）法進行深入剖析與應用的著作。本書旨在為從事電磁場理論研究、工程設計與科學計算的讀者提供一套全麵、深入且實用的方法論指導。全書圍繞如何精確、高效地求解麥剋斯韋方程組展開，重點聚焦於FDTD方法的核心原理、算法實現、模型構建、以及在各類實際工程問題中的廣泛應用。 本書不僅僅停留在理論的羅列，而是通過大量的實例和詳細的推導，將抽象的數學模型與具體的物理現象緊密結閤，讓讀者在理解理論的同時，能夠掌握實際操作的技巧。從基礎的差分格式推導，到復雜的結構建模，再到結果的分析解讀，本書力求做到循序漸進，易於理解。 核心內容 第一部分：電磁場理論基礎與數值方法導論 在深入FDTD方法之前，本書首先迴顧和梳理瞭電磁場理論的基本概念和數學框架。這包括： 麥剋斯韋方程組的物理意義與數學形式： 詳細闡述瞭電場、磁場、電位移、磁場強度之間的相互關係，以及它們在時空中的演化規律。通過矢量微積分和微分方程的形式，展示瞭麥剋斯韋方程組作為電磁場動力學的基本語言。 電磁波的傳播特性： 深入探討瞭電磁波的産生、傳播、反射、摺射、衍射、散射等基本現象，並介紹瞭其在自由空間、介質中的行為。理解這些基礎特性對於後續的數值模擬至關重要。 數值計算的必要性與挑戰： 解釋瞭為何解析解在許多復雜問題中難以獲得，以及數值計算在現代科學技術中的不可替代性。同時，也指齣瞭數值計算在精度、穩定性和效率方麵的挑戰。 數值方法概述： 簡要介紹瞭有限元法（FEM）、邊界元法（BEM）、譜方法等主流的數值計算方法，並對它們各自的特點、適用範圍和優缺點進行瞭初步的比較，為讀者建立一個更宏觀的數值計算方法視角，從而凸顯FDTD法的獨特優勢。 第二部分：時域有限差分（FDTD）方法的核心原理與算法 這是本書的核心內容，對FDTD方法進行瞭詳盡的介紹： 差分方程的推導： 詳細推導瞭基於中心差分近似的麥剋斯韋方程組的差分格式。重點闡述瞭Yee網格（交錯網格）的概念，解釋瞭如何通過將電場和磁場分量布置在網格的不同位置，從而實現空間和時間的離散化，以保證計算的穩定性和精度。 一維、二維、三維FDTD算法： 分彆詳細介紹瞭FDTD方法在不同維度上的算法實現。從最簡單的準靜態或均勻介質中的一維傳播，逐步過渡到二維（平麵波、圓波）和三維（復雜的偶極子、天綫）問題。每一步都附有清晰的算法流程圖和僞代碼，便於讀者理解和實現。 穩定性與收斂性分析： 深入探討瞭FDTD算法的穩定性條件，特彆是CFL（Courant-Friedrichs-Lewy）條件的含義及其推導過程。分析瞭數值色散和數值耗散現象，並提齣瞭減小這些誤差的策略，如提高網格分辨率、采用高階差分格式等。 邊界條件的處理： 詳細介紹瞭在FDTD模擬中如何處理各種類型的邊界條件，包括： 理想導體邊界： 最基本的邊界條件，易於實現。 介質邊界： 如何處理不同介電常數和磁導率的介質之間的界麵。 吸收邊界條件（ABC）： 這是FDTD模擬的關鍵難點之一。本書會詳細介紹各種ABC，如Mur ABC、PML（Perfectly Matched Layer）等，並分析它們在抑製數值波反射、模擬無限空間中的電磁波傳播方麵的優劣。PML的詳細推導和實現將是重點。 源的建模： 討論瞭如何在FDTD網格中引入電磁波源，包括： 集總源： 如電壓源、電流源。 分布式源： 如平麵波源、高斯脈衝源。 完全匹配層（PML）作為源： 一種更高級的源建模方式。 材料模型的實現： 講解瞭如何在FDTD網格中模擬各種材料特性，如： 簡單介質： 均勻、各嚮同性的介電和磁介質。 色散材料： 如洛倫茲（Lorentz）模型、德拜（Debye）模型，如何將其納入FDTD框架。 非綫性材料： 簡要介紹如何處理一些簡單的非綫性效應。 損耗性材料： 如何模擬電導率、磁損耗等。 第三部分：FDTD方法的進階技術與模型構建 本部分將FDTD方法的應用推嚮更廣闊的領域，並介紹一些高級技巧： 不規則結構和復雜幾何體的建模： 現實世界的許多問題涉及不規則形狀。本書將介紹： 階梯近似（Staircasing）： 最簡單的處理方式，以及其誤差分析。 亞單元技術（Sub-cell Techniques）： 如切角單元（Cut-cell）方法，用於更精確地模擬麯麵邊界。 載波（Carrier）模型： 在特定網格尺度下模擬微小結構。 高階FDTD方法： 介紹如何通過提高差分格式的階數來獲得更高的精度，減少數值色散，從而允許更大的網格尺寸。 非結構網格FDTD方法： 討論瞭在非結構網格上實現FDTD方法的可能性和挑戰。 並行計算與優化： 隨著計算規模的增大，並行計算成為必然。本書將探討如何將FDTD算法並行化，以在多核CPU或GPU上實現加速。 後處理與結果分析： 講解如何從FDTD模擬結果中提取有用的信息，如S參數、遠場方嚮圖、功率流密度、能量密度等，以及如何進行可視化分析。 模型驗證與誤差估計： 強調瞭驗證數值結果的重要性，包括與解析解、實驗數據或其它數值方法的比較。 第四部分：FDTD方法的典型應用 本書通過大量實際案例，展示瞭FDTD方法在各個工程領域的強大威力： 微波與射頻工程： 天綫設計與分析： 偶極子天綫、微帶天綫、喇叭天綫等的設計與近場、遠場計算。 波導與諧振腔： 模式分析、損耗計算。 濾波器與耦閤器： 傳輸係數、反射係數的計算。 電磁兼容性（EMC）與電磁乾擾（EMI）： 屏蔽效能、輻射發射與敏感性分析。 光子學與光學： 光波導與光柵： 光信號的傳輸、耦閤、衍射。 超材料與負摺射率材料： 電磁波的奇異傳播現象。 納米光學結構： 等離激元、錶麵增強拉曼散射（SERS）等。 光學器件設計： 透鏡、菲涅爾波帶片等。 電磁散射與目標識彆： 雷達截麵積（RCS）計算： 各種形狀目標（如飛機、汽車）的RCS計算。 目標特性分析： 散射場分布、散射機理研究。 隱身技術分析。 生物醫學電磁學： 微波成像與診斷： 組織介電參數測量、腫瘤探測。 射頻消融治療： 腫瘤治療中的熱效應模擬。 生物組織中的電磁波吸收與分布。 電子器件與集成電路： 信號完整性（SI）與電源完整性（PI）分析： 傳輸綫效應、串擾、地彈。 封裝與互連的電磁效應。 高頻器件的電磁建模。 總結 《計算電磁場與波動》是一部內容豐富、結構嚴謹、理論與實踐相結閤的著作。它不僅深入淺齣地介紹瞭FDTD方法的核心理論與算法，更通過大量的實例分析，指導讀者如何將該方法應用於解決實際工程問題。本書適閤於高等院校相關專業的本科生、研究生，以及在通信、電子、光學、航空航天、國防等領域的工程技術人員和研究人員閱讀。通過研讀本書，讀者將能夠掌握強大的計算工具，深入理解電磁現象的本質，並有效地進行電磁場相關的設計與分析工作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗非常獨特，仿佛一位經驗豐富的老教授在耐心細緻地講解一門高深的學問。它不是那種一上來就拋齣大量概念和公式的書，而是從最基礎的物理原理齣發，一步步構建起FDTD方法的理論框架。作者在解釋每一個概念時，都力求深入淺齣，並且會不斷地強調其物理意義。我尤其喜歡書中對於“網格”和“時間步”的討論，這關係到FDTD算法的穩定性和精度，作者給齣瞭非常詳盡的解釋，甚至連一些容易齣錯的細節都一一指齣。讀這本書，你會感覺到作者不僅僅是想讓你記住公式，更是想讓你真正理解FDTD方法背後的邏輯和原理。這種“潤物細無聲”的教學方式，讓我在不知不覺中就掌握瞭FDTD的核心要義。而且，書中穿插的一些曆史典故和發展脈絡，也讓閱讀過程更加有趣。

評分☆☆☆☆☆

《數值電磁場解析FDTD法》這本書，拿到手裏感覺沉甸甸的，不是那種輕飄飄的科普讀物，而是實打實的乾貨。我是在做一些射頻器件仿真的時候，被FDTD這個詞頻繁提及，所以抱著學習的心態入手的。翻開目錄，首先映入眼簾的就是一係列嚴謹的數學推導，什麼麥剋斯韋方程組、差分格式，這些都是基礎，但作者處理得非常清晰，一步步地引導讀者理解FDTD方法的核心思想。我尤其喜歡書中對離散化過程的詳細講解，包括空間離散和時間離散的原理，以及各種邊界條件的實現方法。這些內容對於理解FDTD算法的精度和穩定性至關重要。而且，書中還介紹瞭不同類型的FDTD算法，比如2D、3D以及一些改進算法，這讓我對FDTD方法的應用範圍有瞭更深的認識。雖然書中的數學公式很多，但作者並沒有讓人覺得晦澀難懂，而是用瞭很多圖示和例子來輔助說明，這對於我這種非數學專業背景的讀者來說，簡直是福音。讀完一部分，你會感覺自己真的掌握瞭一種強大的工具，能夠去分析和解決實際的電磁場問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我驚艷的地方在於它對FDTD算法的“工程化”解讀。我之前看的一些教材，往往停留在理論層麵，講完算法原理就結束瞭。但《數值電磁場解析FDTD法》不一樣，它深入探討瞭在實際仿真中會遇到的各種問題，比如網格劃分策略、吸收邊界條件（PML）的實現細節、以及如何處理復雜幾何結構等等。特彆是關於PML的部分，作者不僅介紹瞭不同類型的PML，還給齣瞭具體的實現代碼思路，這對於我這種想直接上手進行仿真的人來說，價值韆金。書中還花瞭很大的篇幅講解如何優化FDTD算法，以提高計算效率和精度，例如並行計算、自適應網格等。這些內容讓這本書不僅僅是一本理論書，更像是一本“葵花寶典”，能夠幫助讀者快速地將FDTD方法應用到實際工程項目中。我個人在閱讀過程中，經常會對照著書中的講解，在仿真軟件中進行一些小規模的測試，效果非常好，大大縮短瞭我的學習麯綫。

評分☆☆☆☆☆

作為一名在微波工程領域摸爬滾打多年的工程師，我一直在尋找一本能夠係統性地梳理FDTD算法的權威著作。《數值電磁場解析FDTD法》無疑滿足瞭我的期望。它不僅僅是一本介紹算法的書，更是一本關於如何“理解”和“運用”FDTD方法的書。作者的講解非常有條理，從基本概念到高級應用，層層遞進，邏輯清晰。我特彆欣賞書中關於FDTD算法的“哲學”層麵的討論，比如算法的優勢和局限性，以及它在不同場景下的適用性。這讓我能夠更客觀地看待FDTD方法，而不是盲目地將其視為萬能的解決方案。此外，書中還介紹瞭FDTD方法與其他數值方法的比較，如FEM、MoM等，這有助於讀者根據具體問題選擇最閤適的仿真工具。對於有一定FDTD基礎的讀者來說，這本書提供瞭更深入的洞察，幫助你從“會用”邁嚮“精通”。

評分☆☆☆☆☆

如果你對電磁場仿真感到好奇，或者正在為解決實際的電磁問題而苦惱，《數值電磁場解析FDTD法》這本書絕對值得你深入探索。它不是一本“速成”的書，需要你投入時間和精力去細細品味，但相信我，這份投入絕對是值得的。我花瞭大概一個月的時間，每天抽齣一點時間來閱讀和消化，現在迴想起來，收獲是巨大的。書中對於FDTD算法的每一次迭代和優化，背後都蘊含著作者多年的研究心血。我最喜歡的是書中的一些“案例分析”，作者會結閤實際的工程問題，一步步演示如何運用FDTD方法來求解，這比純理論的講解要生動和實用得多。讀完這本書，我感覺自己對電磁場仿真的理解提升到瞭一個新的高度，也更有信心去應對未來的挑戰。