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内容大纲
本书主要介绍计算电磁学时域有限差分(FDTD)方法的工作原理、算法设计及编程实现,涉及内容包括FDTD方法的特点和历史、电磁场基本理论、FDTD方法工作原理、仿真边界条件、电磁波激励算法、材料模拟算法、电磁仿真处理,以及典型电磁学和光学问题的编程仿真案例。本书最后配有一维、二维和三维电磁仿真案例的完整MATLAB源代码和注释,可供计算电磁学研究领域的读者学习和参考。
本书适合作为高等院校师生及科研院所专业人员从事计算电磁学研究领域的自主学习用书和科研参考书,也可作为电磁场与微波技术、无线电物理、光学工程等专业研究生和高年级本科生的教学参考书。 -
作者介绍
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目录
第1章 绪论
1.1 计算电磁学简介
1.1.1 计算电磁学的形成
1.1.2 计算电磁学的特点
1.1.3 计算电磁学的意义
1.2 计算电磁学的重要数值计算方法
1.2.1 矩量法
1.2.2 有限元法
1.2.3 有限差分法
1.3 时域有限差分法的特点、发展和应用
1.3.1 时域有限差分法的特点
1.3.2 时域有限差分法的发展历史
1.3.3 时域有限差分法的应用领域
1.4 本书内容的安排
参考文献
第2章 电磁理论
2.1 矢量分析
2.1.1 矢量代数与微分算符
2.1.2 标量场的方向导数和梯度
2.1.3 矢量场的散度和旋度
2.1.4 标量场和矢量场的拉普拉斯运算
2.2 电磁场论
2.2.1 亥姆霍兹定理
2.2.2 电场的散度和旋度
2.2.3 磁场的散度和旋度
2.3 物质本构关系
2.3.1 电介质的极化与介电常数
2.3.2 磁介质的磁化与磁导率
2.3.3 导电媒质的传导特性与电导率
2.4 麦克斯韦方程组
2.4.1 麦克斯韦方程组的微分形式
2.4.2 麦克斯韦方程组的积分形式
2.4.3 电磁场边界条件
参考文献
第3章 工作原理
3.1 二阶中心差分格式
3.2 电磁场量时空离散
3.3 电磁场量更新公式
3.4 稳定性条件
3.5 数值色散
参考文献
第4章 边界条件
4.1 理想电导体边界条件
4.2 理想磁导体边界条件
4.3 周期边界条件
4.4 完全匹配层吸收边界条件
4.4.1 吸收边界条件
4.4.2 PML区域划分和参数设置
4.4.3 PML下电磁场量更新公式
参考文献
第5章 电磁波源
5.1 电流源时频特性
5.1.1 时谐电流源
5.1.2 脉冲电流源
5.2 电流源激发电磁波
5.2.1 面电流源
5.2.2 线电流源
5.2.3 电偶极子源
5.3 总场散射场边界条件
5.3.1 一维总场散射场边界条件
5.3.2 二维总场散射场边界条件
5.3.3 三维总场散射场边界条件
5.4 利用边界条件引入平面波
5.4.1 一维辅助平面波
5.4.2 一维平面波的引入
5.4.3 二维平面波的引入
5.4.4 三维平面波的引入
参考文献
第6章 材料仿真
6.1 理想电介质
6.2 理想磁介质
6.3 导电媒质
6.4 色散材料
6.4.1 德拜色散材料
6.4.2 德鲁德色散材料
6.4.3 洛伦兹色散材料
参考文献
第7章 仿真处理
7.1 电磁波功率和能量参数的提取
7.1.1 时变电磁场的能流密度
7.1.2 时谐电磁场的平均能流密度
7.1.3 电磁波瞬时功率的提取
7.1.4 电磁波能量的提取
7.1.5 激光光强和平均功率的提取
7.2 时域电磁场的频域变换
7.3 时谐电磁波的振幅提取
7.3.1 峰值检测法
7.3.2 两点法
7.3.3 积分公式法
7.4 仿真过程和结果可视化编程
7.4.1 仿真过程可视化编程
7.4.2 仿真过程动画文件制作
7.4.3 仿真结果图片文件保存
参考文献
第8章 仿真案例
8.1 FDTD编程实现
8.2 FDTD仿真案例
8.2.1 一维仿真案例: 四分之一波长匹配层的增透特性
8.2.2 二维仿真案例: 负折射率平板透镜的亚波长成像特性
8.2.3 三维仿真案例: 高斯光束入射玻璃内气泡的散反射特性
参考文献
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