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『簡體書』计算电磁学（第二版）

書城自編碼： 3232106
分類：簡體書→大陸圖書→自然科學→物理學
作者： [美]Jian-Ming Jin[金建铭]
國際書號(ISBN)： 9787121343339
出版社： 电子工业出版社
出版日期： 2018-07-01


書度/開本： 16开 釘裝： 平装

售價：HK$ 83.8

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本书包含了用于工程应用的电磁场数值分析中几种重要的计算方法，包括有限差分法（特别是时域有限差分法）、有限元法和基于积分方程的矩量法。选择这三种方法是因为它们代表电磁场数值分析中的三种基本近似。一旦学生熟悉了这三种方法，就很容易学习其他数值方法。书中还包含了为求解积分方程的快速算法及结合不同数值方法的混合技术，利用这些技术能够更有效的处理复杂的电磁问题。
內容簡介：
本书包含了用于工程应用的电磁场数值分析中几种重要的计算方法。这些内容有：有限差分法（特别是时域有限差分法）；有限元法；基于积分方程的矩量法。选择这三种方法是因为他们代表电磁场数值分析中的三种基本近似。一旦学生熟悉了这三种方法，他们很容易学习其他的数值方法。这部分内容还包含了为求解积分方程的快速算法及结合不同数值方法的混合技术，这些技术能够更有效的处理复杂的电磁问题。随着计算电磁作为分析和仿真电磁问题工具的使用越来越广泛，基于上述内容的计算电磁学课程也越来越受欢迎。这门课程被许多非电磁专业甚至是非电子工程专业的学生选修。
關於作者：
金建铭博士为美国伊利诺伊大学香槟校区（UIUC）电子与计算机工程的罗远祉讲座教授，电磁学实验室和计算电磁中心主任。IEEE会士。著有The Finite Element Method in Electromagnetics, Third Edition和Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging。与他人合著了Computation of Special Functions，Finite Element Analysis of Antennas and Arrays和Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics。被ISI列入论文引用率最高的作者名单。金建铭博士在国际上被十二所大学和研究机构授予客座、访问或讲座教授，与国内多所重点大学也有学术交流。在电磁场理论与数值计算方法研究领域有重大的影响力，曾获国际领域的计算电磁学奖和IEEE的戴振铎杰出教育家奖。
金建铭博士为美国伊利诺伊大学香槟校区（UIUC）电子与计算机工程的罗远祉讲座教授，电磁学实验室和计算电磁中心主任。IEEE会士。著有The Finite Element Method in Electromagnetics, Third Edition和Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging。与他人合著了Computation of Special Functions，Finite Element Analysis of Antennas and Arrays和Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics。被ISI列入论文引用率最高的作者名单。金建铭博士在国际上被十二所大学和研究机构授予客座、访问或讲座教授，与国内多所重点大学也有学术交流。在电磁场理论与数值计算方法研究领域有重大的影响力，曾获国际领域的计算电磁学奖和IEEE的戴振铎杰出教育家奖。
目錄：
第8章有限差分法
8.1有限差分公式
8.2一维问题分析
8.2.1扩散方程的求解
8.2.2波动方程的求解
8.2.3稳定性分析
8.2.4数值色散分析
8.3二维分析
8.3.1时域分析
8.3.2频域分析
8.4Yee网格
8.4.1二维分析
8.4.2三维分析
8.5吸收边界条件
8.5.1一维吸收边界条件
8.5.2二维吸收边界条件
8.5.3理想匹配层
8.6色散媒质的模拟
8.6.1递归卷积法
8.6.2辅助微分方程法
8.7波激励及远场计算
8.7.1波激励的模拟
8.7.2近远场变换
8.8小结
参考文献
习题
第9章有限元法
9.1有限元法概述
9.1.1一般原理
9.1.2一维算例
9.2标量场的有限元分析
9.2.1边值问题
9.2.2有限元公式的建立
9.2.3应用算例
9.3矢量场的有限元分析
9.3.1边值问题
9.3.2有限元公式的建立
9.3.3应用算例
9.4时域有限元分析
9.4.1边值问题
9.4.2有限元公式的建立
9.4.3应用算例
9.5时域间断伽辽金法
9.5.1时域间断伽辽金法的基本思想
9.5.2中心通量时域间断伽辽金法
9.5.3迎风通量时域间断伽辽金法
9.5.4应用算例
9.6吸收边界条件
9.6.1二维吸收边界条件
9.6.2三维吸收边界条件
9.6.3理想匹配层
9.7数值计算中的几个实际问题
9.7.1网格生成
9.7.2矩阵求解方法
9.7.3高阶单元
9.7.4曲边单元
9.7.5自适应有限元分析
9.8小结
参考文献
习题
第10章矩量法
10.1矩量法概述
10.2二维分析
10.2.1积分方程的建立
10.2.2导电柱体的散射
10.2.3导体条带的散射
10.2.4均匀介质柱体的散射
10.3三维分析
10.3.1积分方程的建立
10.3.2导体线的散射和辐射
10.3.3导电物体的散射
10.3.4均匀介质体的散射
10.3.5非均匀介质体的散射
10.4周期结构的矩量法分析
10.4.1平面周期贴片阵的散射
10.4.2离散旋转体的散射
10.5微带天线和微带电路的矩量法分析
10.5.1积分方程的建立
10.5.2矩量法求解
10.5.3格林函数的计算
10.5.4远场计算及应用实例
10.6时域矩量法
10.6.1时域积分方程
10.6.2时间步进求解
10.7小结
参考文献
习题
第11章快速算法和混合技术
11.1快速算法介绍
11.2共轭梯度-快速傅里叶变换法
11.2.1导电带与导电线的散射
11.2.2导电平板的散射
11.2.3介质体的散射
11.3自适应积分法
11.3.1平面结构的分析
11.3.2三维物体的分析
11.4快速多极子法
11.4.1二维分析
11.4.2三维分析
11.4.3多层快速多极子算法
11.5自适应交叉近似算法
11.5.1低秩矩阵
11.5.2自适应交叉近似
11.5.3矩量法求解中的应用
11.6混合技术简介
11.7有限差分与有限元混合方法
11.7.1时域有限元与时域有限差分之间的关系
11.7.2时域有限元与时域有限差分混合方法
11.7.3应用算例
11.8有限元－边界积分混合方法
11.8.1常规公式的建立
11.8.2对称公式的建立
11.8.3算例
11.9小结
参考文献
习题
第12章计算电磁学结束语
12.1计算电磁学概述
12.1.1频域和时域分析的对比
12.1.2高频近似技术
12.1.3第一性原理数值方法
12.1.4时域仿真方法
12.1.5混合技术
12.2计算电磁学的应用
12.3计算电磁学的挑战
参考文献
內容試閱：
金建铭博士 美国伊利诺伊大学香槟校区（UIUC）电子与计算机工程的罗远祉讲座教授，电磁学实验室和计算电磁中心主任。IEEE会士。著有The Finite Element Method in Electromagnetics, Third Edition和Electromagnetic Analysis and Design in Magnetic Resonance Imaging。与他人合著了Computation of Special Functions，Finite Element Analysis of Antennas and Arrays和Fast and Efficient Algorithms in Computational Electromagnetics。被ISI列入论文引用率最高的作者名单。
译者序
电磁场理论课程是国内外各大学的学生普遍感到畏惧的课程。本科学生如此，到了研究生阶段，仍然如此。其原因如下：电磁场理论公式多、推导复杂、内容抽象。有了基本的电磁场理论基础以后，在研究生阶段如何使电磁场理论知识系统化，使其运用麦克斯韦方程分析电磁问题的水平进一步提高，这是研究生电磁场理论课程需要解决的问题。
要在研究生阶段学好电磁场理论课程，首先要有一本好的教材。计算电磁学的发展使得电磁理论与计算数学产生了越来越紧密的关系，以至于有必要将这部分内容纳入电磁理论教材中，让研究生阶段的学生比较系统地掌握这部分知识，目前国内还没有这样的中文教材，值得推介的3种著名的研究生电磁场理论课程的教材分别是：
1. 哈林顿（R. F. Harrington）的TimeHarmonic Electromagnetic Fields；
2. 孔金瓯（J. A. Kong）的Electromagnetic Wave Theory；
3. 巴拉尼斯（C. A. Balanis）的Advanced Engineering Electromagnetics, Second Edition。
但是，这些教材各有不适合作为教材的特点。或因所撰写年代太早，比如第1种于1961年出版；或因过于偏重理论，比如第2种；或因涵盖的内容太多，比如第3种，全书超过1000页。在计算电磁学高度发展的今天，很多需要非常复杂的公式才能解决的电磁问题，都可以交给计算机完成。因此，研究生电磁场理论课程的内容需要非常精心地选择，主要考虑以下三方面的问题：
1. 由于本科阶段基础电磁场理论课程学时数的减少，因此教材中要有相当的篇幅加强基础内容；
2. 教材内容中要体现电磁场领域中的新理论、新技术、新成果；
3. 教材内容要体现完整的电磁场理论结构体系，但理论不宜太深奥，篇幅不宜太长，其主要内容适合安排一个学期的课程。
美国伊利诺伊大学香槟校区Jian-Ming Jin（金建铭）教授所著的Theory and Computation of Electromagnetic Fields, Second Edition满足了研究生阶段电磁场理论课程对教材的所有要求。本书有下面几个特点：
1. 为不同层次的研究生学习和了解更高等的问题提供了必须的基础知识；
2. 分析了电磁辐射、传播、透射及反射现象；
3. 阐述了重要的电磁定理和原理；
4. 对笛卡儿坐标、柱坐标、球坐标中的波的传播、散射、辐射问题的电磁分析进行了讨论；
5. 涵盖了频域和时域中基本及高级电磁计算方法及其工程应用；
6. 为检验和巩固学生对课程内容的理解，每一章都包含了一定数量的习题。为便于读者学会如何使用这些知识分析和解决相关的电磁问题，很多章节都附有例题。
考虑到国内各大学研究生课程的安排情况，我们将英文原著分成两部分出版。《高等电磁场理论（第二版）》（已由电子工业出版社出版）的内容对应原著第一部分（即前7章）及附录，适合作为研究生的电磁场理论课程的教材。本书的内容对应原著第二部分，可作为研究生的计算电磁学课程的教材。书中的一些图示、参考文献、符号及其正斜体形式等沿用了英文原著的表示方式，以便于读者对照阅读英文原著，特此说明。
本书由国防科技大学电子科学学院的几位教师共同翻译完成，分工如下：第8章由黄贤俊初译；第9章由丁亮初译；第10章由杨成初译；第11章由周东明初译；第12章由刘继斌翻译。尹家贤对上述各章的初稿进行了统一修改。金建铭教授对全部译稿进行了认真的修改和审阅，在此表示感谢。电子工业出版社的马岚编辑在本书的出版过程中付出了辛勤的劳动，也在此表示感谢。
虽然笔者非常认真地进行了本书的翻译，但由于水平有限，书中译词不当、疏误之处难免，恳请读者批评指正。前言为便于读者了解原著的写作思路和整体架构，这里保留了原著前言的全部内容。其中，中译本《高等电磁场理论（第二版）》（已由电子工业出版社出版）包括前7章和附录的内容。本书包括第8章至第12章的内容。编者注
前言
正如书名所示，本书包括两部分内容。第一部分为电磁场理论，其可以作为研究生阶段基础电磁理论课程的教材。第二部分为计算电磁学，其可以作为研究生阶段计算电磁学课程的教材。研究生阶段的基础电磁理论课程已有若干教材可用，但计算电磁学课程却没有合适的教材，本书意在填补这一空缺。本书的两部分内容是一脉相承的，以便学生可以较为容易地从第一阶段课程过渡到第二阶段课程。
虽然本书的第一部分介绍的是经典的基础电磁理论，但其涵盖的内容与现有教材有所不同，这主要是因为本科生的课程体系在过去二十年中有了较大的改变。许多大学减少了必修课的数量，以便学生在自我规划时更为自由。这就导致在美国大多数的电子工程系中，本科生只有一门电磁场的必修课程。因而研究生在入学时对基础电磁理论的掌握情况差异很大。为了应对这一挑战，使不同层次的学生均能从中受益，作者的授课课程内容既涵盖基础理论（如矢量分析、麦克斯韦方程组、边界条件和传输线理论）也包括高等问题（如波变换、叠加原理和分层介质球散射）。
在撰写本书的第一部分时，作者始终遵循下列原则。1. 本书并不是要作为一本包罗万象的电磁理论参考书。其只应包含足够的基础知识，使电子工程专业的研究生在未来研究高级课题时有足够的知识准备。并且所有内容应该能在一学期内讲授完。因此，对该部分涵盖的内容进行了非常仔细的筛选。
2. 书的形式应该适合课堂教学和自学，而不是作为参考书使用。举例说明这其中的区别：对于参考书，所有有关格林函数的内容应该独立列为一章以便查阅；而对于课堂教学，循序渐进地介绍新思想和新概念通常更为合适。
3. 写作和教学应始终紧扣一个中心完整的电磁理论是从麦克斯韦方程出发，以数学为工具推导发展而来的。因而在介绍每一个主题时，都应该从麦克斯韦方程，或者基于麦克斯韦方程的定理开始。本书的第二部分介绍了几种重要的计算电磁学方法，它们在工程应用中得到了广泛使用。这些方法包括有限差分法（特别是时域有限差分法），有限元法和基于积分方程的矩量法，它们是电磁场数值分析中的三种最基本方法。学生在熟练掌握这三种方法后，可以很容易地学习其他数值方法。第二部分还介绍了求解积分方程的快速算法以及结合不同数值方法的混合方法，掌握这些技术，就能更有效地处理复杂电磁问题。随着计算电磁学这一电磁分析和仿真工具得到越来越广泛地应用，基于上述内容的计算电磁学课程也越来越受欢迎。在伊利诺伊大学，这门课程被许多非电磁方向甚至非电子工程专业的学生选修。
下面是本书所涵盖内容的摘要书中部分插图所对应的彩色图片, 可通过华信教育资源网www.hxedu.com.cn注册下载。编者注。第1章介绍基本电磁理论，包括矢量分析的简要回顾，积分和微分形式的麦克斯韦方程，不同媒质分界面和理想导体表面的边界条件，描述媒质中电磁特性的本构关系，电磁能量和功率的概念，以及时谐场的麦克斯韦方程。本章还介绍可以简化矢量分析的符号矢量法。在本章中，将积分形式的麦克斯韦方程作为基本假定，由此推出微分形式的麦克斯韦方程以及各种边界条件。
第2章研究自由空间辐射场。利用本构关系并求解微分形式的麦克斯韦方程，就可以得到辐射场。本章中介绍作为辅助函数的标量位函数和矢量位函数，并讨论使用辅助位函数求解麦克斯韦方程的优势。另外, 还介绍将场-源联系起来的格林函数和并矢格林函数。最后，研究辐射场的远场近似，并由此得到索末菲辐射条件。
第3章介绍从麦克斯韦方程导出的一些重要定理和原理。首先是唯一性定理，以及以此为基础得到的镜像原理和面等效原理。作为面等效原理的应用，推导了感应定理、物理等效原理以及口径辐射问题的求解。由麦克斯韦方程的对称性得到对偶原理，并将其应用到互补结构中，得到巴比涅原理。
第4章的研究对象是均匀平面波。分析它在无界均匀媒质中的传播，以便更好地理解波的传播特性。文中首先回顾基本的传输线理论，介绍与波传播相关的一些基本概念，例如传播常数、衰减常数和各种速度。然后，用分离变量法求得波动方程在笛卡儿坐标系中的解，并由此讨论平面波的一些基本特性，例如波阻抗、极化。接下来，求解几个简单的边值问题，包括面电流的辐射场和平面波在两种不同媒质分界面的反射和透射。本章还讨论平面波在单轴媒质、回旋媒质、手征媒质、超材料中的传播，以及入射到左手媒质中的情况。
第5章讨论电磁波在均匀和非均匀填充波导和介质波导中的传播，以及谐振腔问题。首先推导一般形式的波导和谐振腔中的电磁场解，并分析其基本特性。然后分析矩形波导和矩形谐振腔。接下来介绍微扰法，并用其计算非理想波导的衰减常数和谐振腔的品质因数，以及谐振腔中因填充材料或形状发生微小改变时谐振频率的变化。此外，还详细分析了部分填充波导和介质波导中的混合模式。最后，讨论波导和分层媒质中的电流源激励问题，因为这个问题在实际应用中非常重要。
第6章讨论柱坐标系中的电磁问题。首先用分离变量法求解柱坐标系中的亥姆霍兹方程，并推导出柱面波函数。然后用柱面波函数分析圆波导、同轴线及圆柱

 

 

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