現(xiàn)代微波工程時(shí)域有限差分方法
定 價(jià)：30 元
- 作者：傅佳輝，孟繁義，楊國(guó)輝，等
- 出版時(shí)間：2013/5/1
- ISBN：9787560340760
- 出 版 社：哈工大
- 中圖法分類：TN015
- 頁(yè)碼：223
- 紙張：
- 版次：1
- 開本：16開
《現(xiàn)代微波工程時(shí)域有限差分方法/“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書電子與信息工程系列》循序漸進(jìn)地介紹了非分裂的時(shí)域有限差分方法，它的優(yōu)點(diǎn)在于并不需要對(duì)PML空間進(jìn)行特殊處理，也不需對(duì)邊界的電場(chǎng)和磁場(chǎng)進(jìn)行分裂，吸收邊界和工作空間可以通過(guò)參數(shù)轉(zhuǎn)換來(lái)完成。首先，《現(xiàn)代微波工程時(shí)域有限差分方法/“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書電子與信息工程系列》從一維的FDTD方法開始人手，這種研究過(guò)程完全符合從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從一維到多維的認(rèn)知過(guò)程。在一維中，只包含兩個(gè)場(chǎng)分量和沿z方向傳輸?shù)腡EM波，但它所描述的物理意義非常清晰，對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，易于掌握。而二維FDTD電磁仿真是對(duì)一維程序的擴(kuò)展，并建立了二維非分裂吸收邊界條件。而對(duì)于三維FDTD仿真則和二維仿真處理方法完全一樣，僅僅是求解的方程更為復(fù)雜。最后，對(duì)三維程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，并利用已經(jīng)搭建的FDTD的基本框架，對(duì)微帶電路建模與仿真方法進(jìn)行具體的闡述，并給出程序的每一部分細(xì)節(jié)，使讀者能夠?qū)ξщ娐返姆治鲇幸粋�(gè)全面的認(rèn)識(shí)，并可以應(yīng)用到其他結(jié)構(gòu)的分析上。
《現(xiàn)代微波工程時(shí)域有限差分方法/“十二五”國(guó)家重點(diǎn)圖書電子與信息工程系列》可供從事微波工程電磁
第1章 緒論
1.1 麥克斯韋方程回顧
1.2 時(shí)域有限差分法概述
1.3 時(shí)域有限差分法的三要素
1.4 FDTD算法的優(yōu)點(diǎn)與應(yīng)用
1.5 FDTD算法的研究進(jìn)展
第2章 FDTD方法的維電磁仿真
2.1 維自由空間公式
2.2 FDTD方法的穩(wěn)定性
2.3 維條件下的吸收邊界
2.4 電磁波在電介質(zhì)中傳播
2.5 電磁波在有耗媒質(zhì)中傳播
2.6 引入電通量密度的仿真計(jì)算
2.7 色散媒質(zhì)的仿真模型
2.8 基于Z變換的仿真模型及計(jì)算
2.9 非磁化等離子體的仿真計(jì)算
2.10 洛倫茲媒質(zhì)的仿真計(jì)算
2.11 人體肌肉組織的仿真計(jì)算
2.12 左手介質(zhì)的仿真計(jì)算
第3章 FDTD二維電磁仿真
3.1 二維中的時(shí)域有限差分法
3.2 完美匹配層
3.3 矩陣變換
3.4 總場(chǎng)和散射場(chǎng)
3.5 左手介質(zhì)的電磁模型
第4章 FDTD三維電磁仿真
4.1 自由空間的公式表達(dá)
4.2 三維完美吸收邊界
4.3 三維空間中的總場(chǎng)和散射場(chǎng)
4.4 微帶傳輸線的平面激勵(lì)源的設(shè)置
第5章 激勵(lì)源與時(shí)頻變換
5.1 FDTD仿真中的常用激勵(lì)源
5.2 時(shí)頻變換
第6章 FDTD程序模塊化設(shè)計(jì)
6.1 散射體的定義
6.2 材料網(wǎng)格的創(chuàng)建
第7章 有源及無(wú)源集總元件
7.1 集總元件的FDTD方程
7.2 集總元件的定義、初始化和仿真
第8章 微帶電路FDTD建模與仿真
8.1 微帶等效參數(shù)的計(jì)算
8.2 微帶低通濾波器FDTD方法的建模與仿真
8.3 微帶貼片天線的建模與仿真
附錄
附錄A z變換
附錄B吸收邊界條件推導(dǎo)
附錄C Matlab命令
附錄D數(shù)組維數(shù)變換
程序索引
參考文獻(xiàn)
1．2 時(shí)域有限差分法概述
1．2．1 常用數(shù)值計(jì)算方法比較
麥克斯韋方程奠定了理論電磁學(xué)的基礎(chǔ)。如今，電磁場(chǎng)理論研究已深入到各個(gè)領(lǐng)域，應(yīng)用十分廣泛，其中包括無(wú)線電波傳播、光纖通信和移動(dòng)通信、雷達(dá)技術(shù)、微波、天線、電磁成像、地下電磁探測(cè)、電磁兼容等，大大促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類生活翻天覆地的變化。在發(fā)展初期，電磁場(chǎng)理論研究的重點(diǎn)主要是求解麥克斯韋方程的解析解，因?yàn)榻馕鼋獾男矢�，�?jì)算速度快。但是能夠完全用解析方法求解的問(wèn)題相當(dāng)有限，于是又發(fā)展了一些近似方法及數(shù)值方法以滿足科學(xué)技術(shù)中亟待解決的電磁場(chǎng)問(wèn)題的需要。尤其是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，在電磁場(chǎng)與微波技術(shù)學(xué)科，以電磁理論為基礎(chǔ)，以高性能計(jì)算機(jī)技術(shù)為手段，利用計(jì)算數(shù)學(xué)提供的各種方法，誕生了一門解決復(fù)雜電磁場(chǎng)理論與微波工程問(wèn)題的新興學(xué)科——計(jì)算電磁學(xué)。計(jì)算電磁學(xué)可以看作數(shù)學(xué)方法、電磁場(chǎng)理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，隨著計(jì)算電磁學(xué)的發(fā)展，之前很多不能解決的復(fù)雜的電磁場(chǎng)問(wèn)題都獲得了滿意精度的數(shù)值解。
計(jì)算電磁學(xué)的研究與發(fā)展可以分為電磁場(chǎng)分析（正問(wèn)題）、逆問(wèn)題求解（含優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題）和電磁場(chǎng)工程三個(gè)部分，它們相互銜接，又相互融合、相互促進(jìn)。近幾年來(lái)，電磁場(chǎng)工程在以電磁能量或信息的傳輸、轉(zhuǎn)換過(guò)程為核心的強(qiáng)電與弱電領(lǐng)域中顯示了重要作用。電磁場(chǎng)工程面對(duì)的是復(fù)雜的大系統(tǒng)工程問(wèn)題，其中常包含電磁場(chǎng)及相關(guān)物理場(chǎng)在內(nèi)的瞬態(tài)耦合問(wèn)題、優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題和逆問(wèn)題，通常還含有非線性；隨著信息高速公路建設(shè)的需要發(fā)展起來(lái)的超高速集成電路，需要進(jìn)行互連封裝結(jié)構(gòu)的電磁特性分析與設(shè)計(jì)；在微波、毫米波單片集成電路的研制中，三維微波集成電路的出現(xiàn)，也對(duì)電磁特性仿真提出了新的要求。這些實(shí)際工程出現(xiàn)的需要解決的問(wèn)題以及高性能的計(jì)算機(jī)等硬件設(shè)備為計(jì)算電磁學(xué)的發(fā)展提供了強(qiáng)大的動(dòng)力，進(jìn)一步說(shuō)明了它具有勃勃生機(jī)。
電磁學(xué)問(wèn)題的數(shù)值求解方法可分為時(shí)域和頻域兩大類。頻域技術(shù)主要有矩量法、有限元、有限差分方法等，頻域技術(shù)發(fā)展比較早，也比較成熟。時(shí)域法主要有時(shí)域差分法、時(shí)域有限積分法和時(shí)域有限元法。時(shí)域法的引入是基于計(jì)算效率的考慮，某些問(wèn)題在時(shí)域中討論計(jì)算量較小。例如，求解目標(biāo)對(duì)沖激脈沖的早期響應(yīng)時(shí)，頻域法必須在很大的帶寬內(nèi)進(jìn)行多次抽樣計(jì)算，然后作傅里葉反變換才能求得解答，計(jì)算精度受到抽樣點(diǎn)的影響，若有非線性部分隨時(shí)間變化，采用時(shí)域法更加直接。從數(shù)值計(jì)算求解方程的形式看，可以分為積分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比有如下特點(diǎn)：IE法的求解區(qū)域維數(shù)比DE法少一維，誤差限于求解區(qū)域的邊界，故精度高；IE法適合求無(wú)限域問(wèn)題，DE法此時(shí)會(huì)遇到網(wǎng)格截?cái)鄦?wèn)題；IE法產(chǎn)生的矩陣是滿的，階數(shù)小，DE法所產(chǎn)生的是稀疏矩陣，但階數(shù)大；IE法難以處理非均勻、非線性和時(shí)變媒質(zhì)問(wèn)題，DE法可直接用于這類問(wèn)題。
下面簡(jiǎn)單介紹一些典型的電磁學(xué)數(shù)值計(jì)算方法。
1．有限元法
有限元法是一種高效能、常用的計(jì)算方法。有限元法是以變分原理為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，所以它廣泛地應(yīng)用于以拉普拉斯方程和泊松方程所描述的各類物理場(chǎng)中（這類場(chǎng)與泛函的極值問(wèn)題有著緊密的聯(lián)系）。
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