《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》是2014年西安電子科技大學出版社出版的圖書，作者是葛德彪、魏兵。
基本介紹
- 書名：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
- 作者：葛德彪 魏兵
- ISBN：978-7-5606-3530-9
- 定價：25.5元
- 出版社：西安電子科技大學出版社
- 出版時間：2014-12
內容簡介,目錄,
內容簡介
本書分為上下冊，除引言外共三部分19章，分別討論了時域積分方程(IETD)、時域有限差分(FDTD)和時域有限元(FETD)三種方法。對於IETD，首先導出勢函式表述的電場磁場積分方程，經過試驗過程和展開過程導出離散形式，再利用時間導數的差分近似獲得時域步進公式，分析討論了細導線、二維導體柱和三維導體的散射。對於FDTD，基於Yee元胞和中心差分近似直接將Maxwell旋度方程離散導出時域步進公式，討論吸收邊界、完全匹配層、總場邊界和近場－遠場外推公式, 並用於散射計算；此外，還討論了共形格線技術和色散介質的處理方法。對於FETD，從TM/TE標量波動方程或電場矢量波動方程及邊界條件出發, 套用Galerkin加權餘量導出弱解積分形式；隨後經過單元離散和結點或棱邊基函式展開, 導出單元矩陣方程，再運用組合獲得時域矩陣微分方程，將時間導數套用 Newmark方法離散後給出時域步進公式，討論了激勵源加入、總場邊界和近場－遠場外推公式並用於散射計算。三種方法都配有算例，附錄中給出一維計算程式。上冊和下冊書末分別附有FDTD和FETD的電磁波近場分布彩圖。
本書可作為無線電物理、電磁場與微波技術、電子科學與技術、電波傳播等專業研究生的教材或教學參考書，也可供有關學科教師、科技工作者、研究生和高年級大學生閱讀參考。
目錄
第1章 引言 1
1.1 時域和頻域Maxwell方程 1
1.2 計算電磁學的幾種主要計算方法 2
1.3 用Fourier變換實現時域和頻域之間的轉換 4
1.3.1 Fourier變換 4
1.3.2 離散Fourier變換 6
1.4 幾種常用脈衝波形及其頻譜 7
1.4.1 高斯脈衝 7
1.4.2 升餘弦脈衝 9
1.4.3 微分高斯脈衝 9
1.4.4 調製高斯脈衝 10
1.4.5 雙指數脈衝 11
1.5 時域計算的特點 12
第一部分 時域積分方程(IETD)方法
第2章 細導線散射 14
2.1 勢函式及推遲勢公式 14
2.2 直導線情形 16
2.2.1 細導線近似和基本方程 16
2.2.2 基函式和IETD解 17
2.2.3 算例 20
2.3 彎曲導線 22
2.3.1 基本方程和IETD解 22
2.3.2 算例 28
2.4 阻抗係數和標量勢係數中積分的解析結果 31
第3章 二維導體柱散射 34
3.1 電場積分方程和磁場積分方程 34
3.2 TM波電場積分方程的IETD解 36
3.2.1 基函式和IETD解 36
3.2.2 算例 42
3.2.3 IETD解的矢量勢一階導數方案 45
3.2.4 正方形面積分的多點近似 46
3.3 TE波電場積分方程的IETD解 47
3.3.1 基函式和IETD解 47
3.3.2 IETD解的ψ方案 52
3.3.3 算例 57
3.4 隱式解 61
3.5 TE波磁場積分方程的IETD解 64
第二部分 時域有限差分(FDTD)方法
第5章 FDTD基本公式及數值穩定性 110
5.1 Maxwell方程和Yee元胞 110
5.2 直角坐標FDTD公式 112
5.2.1 三維情形 112
5.2.2 二維情形 115
5.2.3 一維情形 117
5.3 空間和時間間隔的討論 118
5.3.1 穩定性對時間離散間隔的要求 118
5.3.2 數值色散對空間離散間隔的要求 119
5.3.3 Courant穩定性條件 121
5.3.4 差分近似後的各向異性特性 122
5.4 目標的建模 124
第6章 近似吸收邊界和幾種激勵源 126
6.1 EngquistMajda吸收邊界條件 126
6.1.1 EngquistMajda吸收邊界的解析形式 126
6.1.2 一階近似吸收邊界條件 128
6.1.3 二階近似吸收邊界條件 129
6.2 吸收邊界條件的FDTD形式 130
6.2.1 三維情形 130
6.2.2 二維情形 133
6.3 棱邊及角頂點的特殊考慮 134
6.3.1 二維角頂點的處理 134
6.3.2 三維棱邊的處理 136
6.4 平面電流源 137
6.4.1 面電流源在自由空間的輻射 137
6.4.2 一維FDTD中面電流源的加入 138
6.5 線電流源 141
6.5.1 線電流在自由空間的輻射 141
6.5.2 二維FDTD中線電流源的加入 141
6.6 電偶極子源 143
6.6.1 電偶極子輻射的解析解 143
6.6.2 FDTD中電偶極子源的加入 143
第7章 完全匹配層 146
7.1 各向異性介質完全匹配層基本公式 146
7.1.1 平面波入射到半空間單軸介質的反射和透射波 146
7.1.2 無反射條件 148
7.1.3 棱邊和角頂區 150
7.2 UPML的時域公式 151
7.2.1 絕緣介質－UPML情形 152
7.2.2 導電介質－UPML情形 154
7.2.3 一維UPML的時域公式 156
7.3 UPML的FDTD實現 156
7.3.1 UPML時域微分方程特點 157
7.3.2 絕緣介質－UPML情形 158
7.3.3 導電介質－UPML情形 161
7.3.4 一維UPML的FDTD公式 163
7.3.5 PML的設定 164
7.4 坐標伸縮完全匹配層 165
7.4.1 坐標伸縮Maxwell方程及平面波 165
7.4.2 半空間界面的反射係數和無反射條件 166
7.4.3 坐標伸縮因子的複數頻率移位形式 168
7.4.4 CPML時域步進公式的離散循環卷積式 169
第8章 近場－遠場外推和平面波加入方法 173
8.1 等效原理 173
8.2 時諧場振幅和相位的提取 174
8.2.1 峰值檢測法 175
8.2.2 相位滯後法 175
8.3 時諧場的外推 176
8.3.1 三維情形基本公式 176
8.3.2 封閉面積分計算的平均值方法 178
8.3.3 二維情形時諧場的外推 181
8.4 瞬態場的外推 183
8.4.1 三維情形基本公式 183
8.4.2 外推遠區場的投盒子方法 184
8.5 瞬態場外推時諧場 187
8.6 平面波加入的總場邊界方法 187
8.6.1 等效原理 188
8.6.2 二維情形 188
8.6.3 三維情形 191
8.6.4 一維情形 195
8.7 介質板反射和透射一維算例 196
8.8 雷達散射寬度和二維算例 199
8.8.1 雷達散射寬度的定義 199
8.8.2 二維時諧場算例 199
8.9 雷達散射截面和三維算例 202
8.9.1 雷達散射截面定義 202
8.9.2 三維時諧場算例 203
8.9.3 三維瞬態場算例 205
第9章 共形格線與色散介質的處理方法 207
9.1 理想導體彎曲表面共形格線技術 207
9.1.1 二維情形理想導體共形格線 207
9.1.2 三維情形理想導體共形格線 210
9.2 色散介質基本模型 213
9.2.1 色散介質的頻域模型 213
9.2.2 介質極化率的時域表示式 214
9.3 色散介質RC-FDTD 215
9.3.1 分段常數循環卷積法 215
9.3.2 分段線性循環卷積法 218
9.4 色散介質移位運算元FDTD 220
9.4.1 介電係數的有理分式函式形式 220
9.4.2 移位運算元法 221
9.4.3 有理分式表示中M=N=1和M=N=2的情形 222
9.5 色散介質物體散射算例 223
附錄B 一維FDTD程式 226
FDTD參考文獻 228
索引 229
