Numerical Techniques in Electromagnetics, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:CRC

作者:Matthew N.O. Sadiku

出品人:

页数:760

译者:

出版时间:2000-07-12

价格:USD 109.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780849313950

丛书系列:

图书标签:

Electromagnetics
Numerical Methods
Computational Electromagnetics
Finite Element Method
Finite Difference Method
Moment Method
MATLAB
Engineering
Physics
Applied Mathematics

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具体描述

As the availability of powerful computer resources has grown over the last three decades, the art of computation of electromagnetic (EM) problems has also grown - exponentially. Despite this dramatic growth, however, the EM community lacked a comprehensive text on the computational techniques used to solve EM problems. The first edition of Numerical Techniques in Electromagnetics filled that gap and became the reference of choice for thousands of engineers, researchers, and students. The Second Edition of this bestselling text reflects the continuing increase in awareness and use of numerical techniques and incorporates advances and refinements made in recent years. Most notable among these are the improvements made to the standard algorithm for the finite difference time domain (FDTD) method and treatment of absorbing boundary conditions in FDTD, finite element, and transmission-line-matrix methods. The author also added a chapter on the method of lines. Numerical Techniques in Electromagnetics continues to teach readers how to pose, numerically analyze, and solve EM problems, give them the ability to expand their problem-solving skills using a variety of methods, and prepare them for research in electromagnetism. Now the Second Edition goes even further toward providing a comprehensive resource that addresses all of the most useful computation methods for EM problems.

好的，这是一本关于电磁学数值计算方法的书的简介，不涉及《Numerical Techniques in Electromagnetics, Second Edition》的具体内容：书名：计算电磁学基础与前沿方法内容简介：本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探究现代计算电磁学领域的基础理论、核心算法以及新兴的前沿技术。本书聚焦于如何将复杂的电磁现象转化为可求解的数学模型，并通过高效的数值方法进行精确的仿真与分析。全书结构严谨，内容详实，既适用于高年级本科生和研究生作为教材或参考书，也为从事电磁兼容（EMC）、射频电路设计、天线工程以及电磁散射分析的工程师和研究人员提供实用的工具和理论支撑。第一部分：电磁场理论的数值基础本部分首先回顾了求解电磁问题的数学物理基础。重点阐述了麦克斯韦方程组在不同介质环境下的微分形式和积分形式，以及它们在时间域和频域中的适用性。在此基础上，本书详细介绍了将连续的电磁场问题转化为离散代数问题的基本原则。边界条件与本构关系：深入分析了理想导体、完美电导体（PEC）、理想磁导体（PMC）以及功能性材料（如超材料、损耗性介质）在电磁场计算中的精确表述。算子理论基础：讲解了散度、旋度、梯度等向量算子在数值离散化过程中的重要性，为后续的有限差分方法奠定理论基础。算子方程的数值求解框架：介绍了线性和非线性算子方程求解的一般策略，包括迭代法和直接法的适用场景。第二部分：核心数值方法及其应用本部分是全书的核心，详细剖析了当前计算电磁学领域最主流的三大数值方法：有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）和矩量法（MoM）。每种方法都进行了深入的理论推导、网格划分策略的讨论以及算法实现的细节阐述。 1. 有限差分法 (FDM) 及其时域/频域实现：频域有限差分 (FDFD)：重点讨论了如何使用高阶差分格式提高精度，以及如何处理复杂边界上的离散化误差。分析了FDFD在求解谐振腔和周期性结构中的优势。时域有限差分 (FDTD) 算法：全面介绍了Yee网格的构造、稳定性和色散关系。详细阐述了诸如PML（Perfectly Matched Layer，完美匹配层）吸收边界条件的设计与实现，用以精确模拟无限大空间中的电磁波传播与散射问题。此外，本书还探讨了非均匀网格FDTD和适用于特殊材料（如等离子体、磁性材料）的FDTD扩展。 2. 有限元法 (FEM) 在电磁学中的应用：变分原理与弱形式：阐述了FEM如何基于能量泛函或等效弱形式来构建离散方程，这使得FEM在处理复杂几何形状和不规则介质分界面时具有天然的优势。基函数与插值：深入讨论了标量和矢量基函数（如Nedelec单元和Lagrange单元）的选择，并分析了不同阶次单元对计算稳定性和精度的影响，特别是在处理高频问题时可能出现的“尖峰”效应。大规模线性系统的求解：针对FEM生成的大型稀疏矩阵系统，本书详细介绍了预条件技术、子空间迭代法以及阻抗矩阵的分解策略。 3. 矩量法 (MoM) 与积分方程方法：基础积分方程：从格林函数出发，推导了电磁散射和辐射问题的四大基本积分方程（如一次/二次电磁场积分方程）。基函数与测试函数：详细分析了尖锐边缘和角点附近电流分布的特性，并讨论了如何选择恰当的脉冲函数和尖锐电流基函数来提高MoM的收敛性。矩阵填充与求解：重点讨论了如何高效地计算阻抗矩阵的元素，以及如何利用快速多极展开（FMM）或自适应积分方法来降低全波MoM算法的计算复杂度，使其能够处理大规模金属结构。第三部分：混合方法、加速技术与现代挑战为了应对日益复杂的工程问题，本部分聚焦于将不同方法优势互补的混合数值技术，以及提升计算效率的现代策略。时域有限元法 (TFEM) 与混合方法：探讨了将FEM的空间离散化与FDTD的时间推进相结合的方法，以及如何在同一模型中耦合MoM（处理开域）和FEM/FDM（处理闭域）。快速算法与多尺度分析：详细介绍了快速傅里叶变换（FFT）在加速卷积积分中的应用，以及针对多尺度问题（例如，包含微小细节的超大型天线阵列）的区域分解技术。不确定性量化 (UQ) 与计算效率：鉴于实际工程参数（如介电常数、材料损耗）的不确定性，本书引入了概率方法来评估仿真结果的可靠性，并探讨了如何利用高性能计算（HPC）架构（如GPU加速）来应对高维度的UQ计算负担。机器学习在电磁仿真中的融合：探讨了深度学习网络（如卷积网络）在快速求解已知边界条件下的电磁反问题中的初步应用，以及数据驱动模型的局限性。总结：本书通过系统梳理这些成熟和新兴的数值技术，旨在帮助读者不仅能“应用”现有的电磁仿真软件，更能“理解”其背后的数学原理和数值限制。通过大量的案例分析和算法流程图示，读者将能够根据具体问题的特性，自主选择和设计最优化、最可靠的计算电磁学解决方案。