• 计算电磁学(第三版) 王秉中 邵维著
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计算电磁学(第三版) 王秉中 邵维著

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作者王秉中;邵维

出版社科学出版社

出版时间2023-03

版次31

装帧其他

上书时间2024-10-23

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图书标准信息
  • 作者 王秉中;邵维
  • 出版社 科学出版社
  • 出版时间 2023-03
  • 版次 31
  • ISBN 9787030752390
  • 定价 168.00元
  • 装帧 其他
  • 开本 其他
  • 纸张 胶版纸
  • 页数 572页
  • 字数 915千字
【内容简介】
本书对第二版做了全面的更新和修订,力求反映计算电磁学领域的基本理论方法和**进展。本书从广义计算电磁学的视角来构建知识体系,涉及电磁场工程CAD中的三个核心问题:电磁场问题的数值仿真、高效建模和优化设计。全书共21章,在介绍计算电磁学的产生背景、现状和发展趋势的基础上,主要内容涵盖静态场的有限差分法、频域有限差分法、时域有限差分法、矩量法、人工神经网络、空间映射方法、遗传算法和拓扑优化算法等。
【目录】
第1章 绪论 1   

1.1 计算电磁学的产生背景 1   

1.1.1 高性能计算技术 1   

1.1.2 计算电磁学的重要性 2   

1.1.3 计算电磁学的研究特点 2   

1.2 电磁场问题求解方法分类 4   

1.2.1 解析法 4   

1.2.2 数值法 5   

1.2.3 半解析数值法 6   

1.3 当前计算电磁学中的几种重要方法 7   

1.3.1 有限元法 7   

1.3.2 时域有限差分法 9   

1.3.3 矩量法 11   

1.4 电磁场工程专家系统 12   

1.4.1 复杂系统的电磁特性仿真 12   

1.4.2 面向CAD的复杂系统电磁特性建模 14   

1.4.3 人工智能专家系统 15  

参考文献 15   

第一篇 电磁仿真中的有限差分法   

第2章 有限差分法 21   

2.1 差分运算的基本概念 21   

2.2 边值问题(静态场)的差分计算 24   

2.2.1 二维泊松方程差分格式的建立 24   

2.2.2 介质分界面上边界条件的离散方法 26   

2.2.3 边界条件的处理 28   

2.2.4 差分方程组的特性和求解 30   

2.2.5 数值算例 33   

2.3 特征值问题(时谐场)的差分计算 42   

2.3.1 纵向场分量的亥姆霍兹方程 42   

2.3.2 数值算例 44  

参考文献 50   

第3章 频域有限差分法 51   

3.1 FDFD基本原理 51   

3.1.1 Yee的差分算法和FDFD差分格式 51   

3.1.2 介质交界面上的差分方程 53   

3.1.3 数值色散 54   

3.2 吸收边界条件 56   

3.2.1 频域单向波方程和Mur吸收边界条件 57   

3.2.2 边界积分方程截断边界 59   

3.2.3 基于解析模式匹配法的截断边界条件 64   

3.3 总场/散射场体系和近远场变换 67   

3.3.1 总场/散射场中的激励源引入 67   

3.3.2 近区场到远区场的变换 68   

3.4 数值算例 71   

3.4.1 特征值问题的求解 71   

3.4.2 散射问题的求解 79  

参考文献 83   

第4章 时域有限差分法Ⅰ——差分格式及解的稳定性 84   

4.1 FDTD基本原理 84   

4.1.1 Yee的差分算法 84   

4.1.2 环路积分解释 88   

4.2 解的稳定性条件 90   

4.3 非均匀网格 92   

4.3.1 渐变非均匀网格 93   

4.3.2 局部细网格 95   

4.4 共形网格 98   

4.4.1 细槽缝问题 98   

4.4.2 弯曲理想导体表面的Dey-Mittra共形技术 99   

4.4.3 弯曲理想导体表面的Yu-Mittra共形技术 100   

4.4.4 弯曲介质表面的共形技术 101   

4.5 半解析数值模型 102   

4.5.1 细导线问题 102   

4.5.2 增强细槽缝公式 103   

4.5.3 小孔耦合问题 105   

4.5.4 薄层介质问题 107   

4.6 良导体中的差分格式 110  

参考文献 112   

第5章 时域有限差分法Ⅱ——吸收边界条件 113   

5.1 Bayliss-Turkel吸收边界条件 113   

5.1.1 球坐标系 113   

5.1.2 圆柱坐标系 115   

5.2 Engquist-Majda吸收边界条件 116   

5.2.1单向波方程和Mur差分格式 116   

5.2.2 Trefethen-Halpern近似展开 121   

5.2.3 Higdon算子 122   

5.3 廖氏吸收边界条件 123   

5.4 Berenger完全匹配层 126   

5.4.1 PML媒质的定义 126   

5.4.2 PML媒质中平面波的传播 127   

5.4.3 PML-PML媒质分界面处波的传播 129   

5.4.4 用于FDTD的PML 131   

5.4.5 三维情况下的 PML 135   

5.4.6 PML的参数选择 138   

5.4.7 减小反射误差的措施 139   

5.5 Gedney完全匹配层 142   

5.5.1 完全匹配单轴媒质 142   

5.5.2 FDTD差分格式 146   

5.5.3 交角区域的差分格式 151   

5.5.4 PML的参数选取 152  

参考文献 153   

第6章 时域有限差分法Ⅲ——应用 154   

6.1 激励源技术 154   

6.1.1 强迫激励源 154   

6.1.2 总场/散射场体系 157   

6.2 集总参数电路元件的模拟 160   

6.2.1 扩展FDTD方程 160   

6.2.2 集总参数电路元件举例 161   

6.3 数字信号处理技术 164   

6.3.1 极点展开模型与Prony算法 164   

6.3.2 线性及非线性信号预测器模型 165   

6.3.3 系统识别方法及数字滤波器模型 167   

6.4 应用举例 169   

6.4.1 均匀三线互连系统 169   

6.4.2 同轴线馈电天线 171   

6.4.3 多体问题 173   

6.4.4 同轴-波导转换器 175   

6.4.5 波导元件的高效分析 177   

6.4.6 传输线问题的降维处理 179  

参考文献 185   

第7章 无条件稳定的FDTD方法 186   

7.1 ADI-FDTD法 186   

7.1.1 ADI-FDTD差分格式 187   

7.1.2 ADI-FDTD解的稳定性 192   

7.1.3 ADI-FDTD的吸收边界条件 197   

7.1.4 应用举例 206   

7.2 LOD-FDTD方法 216   

7.2.1 二维LOD-FDTD差分格式 216   

7.2.2 二维LOD-FDTD解的稳定性 219   

7.2.3 Berenger的PML媒质中的LOD-FDTD格式 221   

7.2.4 LOD-FDTD中的共形网格技术 223   

7.2.5 高阶LOD-FDTD方法 224   

7.2.6 应用举例 228   

7.3 Newmark-Beta-FDTD方法 231   

7.3.1 Newmark-Beta-FDTD差分格式 231   

7.3.2 Newmark-Beta-FDTD解的稳定性 235   

7.3.3 Newmark-Beta-FDTD的数值色散分析 237   

7.3.4 应用举例 238  

参考文献 240   

第二篇 电磁仿真中的矩量法   

第8章 矩量法基本原理 245   

8.1 矩量法原理 245   

8.1.1 矩量法基本概念 245   

8.1.2 矩量法中的权函数 246   

8.1.3 矩量法中的基函数 246   

8.2 静电场中的矩量法 248   

8.2.1 一维平行板电容器 248   

8.2.2 一维带电细导线 249   

8.2.3 二维带电导体平板 250  

参考文献 251   

第9章 空域差分-时域矩量法 252   

9.1 SDFD-TDM法 252   

9.1.1 SDFD-TDM法的基本原理 252   

9.1.2 基于分域三角基函数和Galerkin法的SDFD-TDM法 255   

9.2 Laguerre-FDTD法 261   

9.2.1 Laguerre-FDTD法公式体系 261   

9.2.2 Laguerre-FDTD法二阶Mur吸收边界条件 266   

9.2.3 实数域的Laguerre-FDTD法二维全波压缩格式 267   

9.2.4 非正交坐标系的Laguerre-FDTD法 270   

9.2.5 色散介质中的ADE-Laguerre-FDTD法 274   

9.2.6 Laguerre-FDTD法的色散分析和关键参数选取 277   

9.2.7 区域分解Laguerre-FDTD法及在散射中的应用 280  

参考文献 284   

第10章 积分方程方法 286   

10.1 积分方程和格林函数 286   

10.1.1 积分方程的推导 286   

10.1.2 三维格林函数 287   

10.1.3 二维格林函数 288   

10.2 磁矢量位和远场近似 289   

10.2.1 磁矢量位 289   

10.2.2远场表达式 290   

10.3 表面积分方程 292   

10.3.1 理想导体散射场的等效原理 292   

10.3.2 理想导体的表面积分方程 292   

10.4 细导线的线积分方程 295   

10.4.1 细线近似 295   

10.4.2 细线天线的激励源 296  

参考文献 297   

第11章 矩量法应用 298   

11.1 一维线天线的辐射 298   

11.1.1 Hallen积分方程的求解 298   

11.1.2 Pocklington方程的求解 300   

11.2 二维金属目标的散射 302   

11.2.1 二维金属薄条带的散射 302   

11.2.2 二维金属柱体的散射 305   

11.3 三维金属目标的散射 307   

11.4 周期结构的散射 309   

11.4.1 子全域基函数法原理 309   

11.4.2 阻抗矩阵的快速填充计算 311  

参考文献 315   

第12章 基于压缩感知理论的矩量法 316   

12.1 压缩感知理论 317   

12.2 基于压缩感知理论的矩量法原理 318   

12.2.1 权函数冗余性与解的稀疏性 318   

12.2.2 数学描述 319   

12.2.3 物理解释 320   

12.2.4 计算复杂度分析 321   

12.3 数值算例 321   

12.3.1 带电细导线的电荷密度分布 321   

12.3.2 带电导体平板的电荷密度分布 323   

12.3.3 Hallen积分方程求解双臂振子天线 325   

12.3.4 二维金属圆柱散射 325   

12.4 压缩感知矩量法方程的快速构造和求解 326   

12.4.1 阻抗矩阵快速填充的基本思想 326   

12.4.2 阻抗矩阵快速填充方法的数学描述 327   

12.4.3 压缩感知矩量法方程的快速求解 328   

12.4.4 计算复杂度分析 329   

12.4.5 计算实例 330  

参考文献 334   

第三篇 电磁建模中的人工神经网络  

第13章 人工神经网络模型 339   

13.1 生物神经元 339   

13.2 人工神经元模型 340   

13.2.1 单端口输入神经元 340   

13.2.2 活化函数 340   

13.2.3 多端口输入神经元 343   

13.3 多层感知器神经网络 343   

13.3.1 单层前传网络 343   

13.3.2 多层前传网络 344   

13.4 多层感知器的映射能力 345   

13.5 多样本输入并行处理 346   

13.6 极限学习机 347   

13.6.1 具有隐含层节点随机分配的单层前馈型神经网络 347   

13.6.2 前馈型神经网络最小范数的最小二乘解 349   

13.6.3 极限学习机的改进 350   

13.7 卷积神经网络 352   

13.7.1 卷积核 353   

13.7.2 卷积神经网络工作原理 354  

参考文献 356   

第14章 用回传算法训练多层感知器 357   

14.1 神经网络的学习能力 357   

14.1.1 受控学习方式 357   

14.1.2 误差校正算法 358   

14.2 误差回传算法 359   

14.2.1 delta法则 359   

14.2.2 训练模式 365   

14.2.3 回传算法的改进 367   

14.3 将受控学习看作函数问题 373   

14.3.1 共轭梯度法 373   

14.3.2 牛顿法 374   

14.3.3 Levenberg-Marquardt近似 375   

14.4 网络推广 375   

14.4.1 训练集合大小的确定 376   

14.4.2 网络结构的优化 377  

参考文献 377   

第15章 神经网络建模的试验设计 378   

15.1 正交试验设计 379   

15.1.1 全组合正交试验设计方法 379   

15.1.2 部分组合正交试验设计方法 382   

15.2 中心组合试验设计 386   

15.2.1 中心组合试验设计方法 386   

15.2.2 互连结构的神经网络模型 387   

15.3 随机组合试验设计 392   

15.3.1 高速互连结构的神经网络模型 392   

15.3.2数值算例 393  

参考文献 395   

第16章 知识人工神经网络模型 397   

16.1 外挂式知识人工神经网络模型 397   

16.1.1 差值模型和PKI模型 397   

16.1.2 输入参数空间映射模型 399   

16.1.3 主要元素项分析 400   

16.1.4 稳健的知识人工神经网络模型 402   

16.2 嵌入式知识人工神经网络模型 404   

16.2.1 知识人工神经元 404   

16.2.2 知识人工神经元三层感知器 405   

16.2.3 应用实例 406  

参考文献 409   

第17章 基于传递函数的神经网络模型应用 410   

17.1 传递函数 410   

17.2 ELM的微波滤波器建模 411   

17.3 基于数据挖掘技术的超宽带天线建模 414   

17.3.1 数据挖掘技术 414   

17.3.2 单阻带超宽带天线的神经网络建模 415   

17.4 多性能参数的天线建模 418   

17.4.1 多输出参数的人工神经网络建模 418   

17.4.2 Fabry-Perot谐振天线的多性能参数建模 420   

17.5 基于有源单元方向图的一维稀布阵列建模 424   

17.5.1一维稀布阵列的知识神经网络模型 424   

17.5.2 一维U形槽稀布阵 426   

17.6 滤波器拓扑结构的卷积神经网络建模 428   

17.6.1 卷积神经网络的拓扑建模 428   

17.6.2 微带超宽带滤波器 430参考文献 432  

第18章 物理启发的神经网络 434   

18.1 PINN方法 435   

18.2 神经网络 436   

18.2.1 活化函数 436   

18.2.2 优化器 437   

18.3 损失函数 438   

18.3.1 软约束 438   

18.3.2 硬约束 443   

18.4 自动微分 450   

18.5 PINN框架下的计算实例 453  

参考文献 457   

第四篇 电磁设计中的优化方法   

第19章 空间映射优化方法 461   

19.1 空间映射优化基本思想 461   

19.2 初始空间映射优化方法及应用 463   

19.2.1 初始空间映射算法 464   

19.2.2 初始空间映射算法优化LTCC等效集总参数(电容) 465   

19.3 渐进空间映射优化方法及应用 470   

19.3.1 渐进空间映射算法 470   

19.3.2 渐进空间映射方法优化LTCC中的过孔过渡结构 473   

19.3.3 基于知识的渐进空间映射方法优化LTCC滤波器 476  

参考文献 478  

第20章 遗传算法 480   

20.1 基本的遗传算法 481   

20.1.1 基本遗传算法的描述 481   

20.1.2 应用遗传算法的准备工作 484   

20.1.3 遗传操作 489   

20.2 遗传算法的特点及数学机理 493   

20.2.1 遗传算法的特点 493   

20.2.2 遗传算法的数学机理 495   

20.3 遗传算法在电磁优化中的应用 498   

20.3.1 天线及天线阵的优化设计 498   

20.3.2 平面型带状结构的优化设计 505   

20.4 改进的遗传算法及其应用 509   

20.4.1 自适应量子遗传算法 509   

20.4.2 自适应多目标遗传算法 513   

20.4.3跳变基因多目标遗传算法 522  

参考文献 528  

第21章 拓扑优化算法 530   

21.1 基于伴随敏感度分析的拓扑优化原理 530   

21.1.1 伴随问题的含义 531   

21.1.2 麦克斯韦方程组的伴随敏感度分析 531   

21.1.3 混合拓扑优化方法 534   

21.2 介质导波器件的拓扑优化 537   

21.2.1 介质导波器件拓扑优化模型 538   

21.2.2 基于时间反演的拓扑优化初值求解方法 539   

21.2.3 介质导波器件初值求解算例 541   

21.2.4 介质导波器件拓扑优化算例 543   

21.3 微带贴片天线的拓扑优化 547   

21.3.1 微带天线优化的具体处理 547   

21.3.2 窄带定向微带天线算例 549  

参考文献 553
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