Computational Methods for Electromagnetics

Computational Methods for Electromagnetics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Wiley-IEEE Press
作者:Andrew F. Peterson
出品人:
页数:592
译者:
出版时间:1997-12-26
价格:USD 200.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780780311220
丛书系列:The IEEE Press Series on Electromagnetic Wave Theory
图书标签:
  • 教科书
  • 2009年阅读书籍
  • Electromagnetics
  • Computational Methods
  • Numerical Analysis
  • Finite Element Method
  • Finite Difference Method
  • Moment Method
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具体描述

"Computational Methods for Electromagnetics" is an indispensable resource for making efficient and accurate formulations for electromagnetics applications and their numerical treatment. Employing a unified coherent approach that is unmatched in the field, the authors detail both integral and differential equations using the method of moments and finite-element procedures. In addition, readers will gain a thorough understanding of numerical solution procedures. Topics covered include: LI Two- and three-dimensional integral equation/method-of-moments formulations LI Open-region finite-element formulations based on the scalar and vector Helmholtz equations LI Finite difference time-domain methods LI Direct and iterative algorithms for the solutions of linear systems LI Error analysis and the convergence behavior of numerical results LI Radiation boundary conditions LI Acceleration methods for periodic Green's functions LI Vector finite elements Detail is provided to enable the reader to implement concepts in software and, in addition, a collection of related computer programs are available via the Internet. "Computational Methods for Electromagnetics" is designed for graduate-level classroom use or self-study, and every chapter includes problems. It will also be of particular interest to engineers working in the aerospace, defense, telecommunications, wireless, electromagnetic compatibility, and electronic packaging industries.

《计算电磁学实用指南》 本书旨在为广大研究人员、工程师和高级本科生提供一个全面且实用的计算电磁学领域指南。我们深知在现代工程设计和科学探索中,精确理解和预测电磁现象至关重要,而复杂的电磁问题往往需要借助于强大的计算工具来解决。因此,本书将聚焦于现今最常用、最有效且具有广泛应用前景的数值计算方法。 核心内容聚焦: 我们将深入探讨几种计算电磁学领域的核心方法,并以清晰、循序渐进的方式呈现: 有限元方法 (FEM): FEM 是一种强大的网格剖分技术,能够灵活处理复杂几何形状和非均匀介质。本书将从其基本原理讲起,逐步介绍如何构建和求解电磁问题。我们将详细阐述节点、单元、形函数、积分方程的离散化以及不同类型的边界条件处理。重点在于展示 FEM 如何在解决静电场、稳恒磁场、低频交变场以及微波和射频应用中的优势,例如天线设计、滤波器分析和电磁兼容性 (EMC) 评估。 有限差分时域方法 (FDTD): FDTD 是一种直接在时间和空间离散化上求解麦克斯韦方程组的方法,以其概念直观、易于实现和动态模拟能力而著称。本书将深入剖析 FDTD 的基本算法,包括 Yee 网格的构建、时间步进和稳定性条件。我们将着重讲解其在瞬态电磁传播、散射问题、电磁脉冲 (EMP) 效应以及高频传输线分析中的应用。此外,还将探讨各种吸收边界条件 (ABC) 和完全匹配层 (PML) 的实现,以减小计算区域的尺寸和提高精度。 矩量法 (MoM) / 边界元法 (BEM): MoM/BEM 是一种基于积分方程的数值方法,特别适用于处理开放边界问题和大型散射体。本书将详细介绍如何将偏微分方程转化为等效的积分方程,并通过选择合适的基函数和测试函数进行离散化,形成大型稀疏矩阵方程组。重点在于展示 MoM/BEM 在天线分析(如大型阵列天线、印刷电路板上的天线)、散射体 RCS (雷达截面积) 计算和微波器件建模方面的强大能力。我们将讨论如何优化矩阵求逆或求解过程,以提高计算效率。 时域有限差分 (TDDFT) 的变体与优化: 除了标准的 FDTD,我们还将介绍一些更高级的时域方法,例如基于亚网格技术的 FDTD,以及如何结合解析方法来处理特定边界条件,以提升 FDTD 的精度和鲁棒性。 辅助计算技术: 为了使读者能够更有效地应用上述方法,本书还将包含一些重要的辅助计算技术,包括: 数值积分和求导: 这是实现许多数值算法的基础。 线性方程组的求解: 包括直接法(如高斯消元法、LU 分解)和迭代法(如共轭梯度法、GMRES),并讨论它们各自的优缺点和适用范围。 网格生成技术: 无论何种方法,高质量的网格都是精确计算的前提。我们将介绍不同类型的网格(如结构化网格、非结构化网格)以及生成它们的策略。 后处理和可视化: 如何有效地提取计算结果,并以直观的方式展现电磁场的分布、幅度和相位等信息。 本书的特色与优势: 理论与实践相结合: 本书不仅仅停留在理论推导,更强调方法的实际应用。每种方法都会结合具体的算例进行讲解,帮助读者理解算法在实际问题中的实施过程。 代码实现指导(概念层面): 虽然本书不直接提供完整的源代码,但我们会对关键算法的实现步骤进行清晰的描述,为读者自行编写程序或理解现有软件的内部机制提供基础。 清晰的数学推导: 我们将以严谨但易于理解的方式呈现数学推导过程,帮助读者深入理解方法的内在逻辑。 面向实际应用: 本书选择的方法和应用场景都具有广泛的工程和科研价值,旨在帮助读者解决实际遇到的电磁问题。 循序渐进的学习路径: 从基础概念到高级技巧,本书的组织结构旨在引导读者逐步掌握复杂的计算方法。 读者对象: 本书适合于以下人群: 电子工程、通信工程、电磁场与微波技术、物理学等专业的本科生和研究生。 从事电磁兼容 (EMC) 设计、天线设计、射频/微波电路设计、电磁散射与成像、光学器件设计等领域的工程师。 对计算电磁学感兴趣,希望掌握先进数值方法的科研人员。 通过学习本书,读者将能够深刻理解各种计算电磁学方法的原理,掌握选择和应用合适方法的关键,并能够独立或借助现有软件解决复杂的电磁学问题,从而在各自的研究和工程领域取得更大的突破。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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坦率地说,我对这本书的深度和广度感到非常惊喜,它绝非市面上那些仅停留在理论公式堆砌的教材可比。这本书的价值体现在它对不同计算范式的深入剖析上,不仅仅是罗列了各种方法,更重要的是对每种方法的优缺点进行了细致的横向和纵向比较。例如,在讨论时域有限差分法(FDTD)时,作者不仅详细解释了交错网格的构建和稳定性的CFL条件,还引入了吸收边界条件(ABC)的设计哲学,并对比了PML(完美匹配层)的实际效果,这种多层次的讲解方式,让读者不仅知其然,更能知其所以然。更让我印象深刻的是,书中对算法效率的讨论,涉及到了矩阵求解器的选择,从直接法到迭代法,再到大规模问题的预处理技术,这表明作者对实际工程中的计算资源限制有着深刻的理解。这本书已经超越了一般教科书的范畴,更像是一本面向专业研发人员的“工具箱”指南,每一个章节都提供了扎实的理论基础和可操作性的指导原则。

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这本书的语言风格有一种沉稳且权威的学术气质,但同时又保持了令人愉悦的逻辑流畅性,读起来并不觉得枯燥。它在处理复杂的数学概念时,倾向于使用更具直观性的类比,而不是仅仅依赖于抽象的符号运算。举个例子,在解释雅可比矩阵(Jacobian)在网格映射中的作用时,作者并没有直接给出其行列式公式,而是将其比喻成局部形变的“拉伸因子”,这使得非线性映射的概念一下子变得清晰起来。此外,这本书对电磁学特有问题的处理展现了其独到的见解,比如在处理非线性磁性材料时,如何将本构关系融入到迭代求解过程中,书中给出的迭代流程图清晰明了,甚至细致到了收敛标准的设定。对于那些希望将理论知识转化为实际仿真代码的工程师而言,这种关注“流程化”和“可实现性”的写作风格,无疑是极大的助力,让人感觉手中的书不仅是知识的载体,更是解决实际难题的路线图。

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这本《计算方法在电磁学中的应用》(Computational Methods for Electromagnetics)的书籍,从我这个初学者的角度来看,简直是打开了一个全新的世界。我原本对有限元法(FEM)和边界元法(BEM)这些概念只有模糊的印象,觉得它们是高深莫测的数学工具。然而,这本书的编排却非常巧妙,它没有直接把我扔进复杂的数学推导中,而是先花了相当大的篇幅来介绍电磁场理论的基础,确保读者在开始接触数值方法时,对物理背景有一个扎实的理解。特别是关于麦克斯韦方程组在不同介质交界面上的处理,作者用清晰的图示和逐步的逻辑分解,让我这个刚从传统解析解法转过来的学生也能领会其精髓。书中对离散化过程的解释尤其到位,比如如何将一个连续的物理场问题转化为可以通过计算机求解的代数方程组,每一步的物理意义都被阐述得淋漓尽致,这一点对于我理解数值方法的本质至关重要。我特别欣赏作者在介绍算法时,总是会穿插一些实际工程上的例子,比如天线设计或者电磁兼容性(EMC)分析的简单模型,这使得原本抽象的理论瞬间变得“有血有肉”,让我对未来将这些方法应用到真实问题中充满了期待。

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这本书的结构安排,体现了一种非常成熟的教学思路,即从基础到高级,循序渐进,却又毫不拖泥带水。一开始对矢量微积分和偏微分方程的复习简洁而高效,迅速将读者的注意力集中到了数值计算的核心区域。我尤其欣赏作者在引入波动方程的数值解法时,所采用的由浅入深的策略。在介绍了基础的有限差分法后,紧接着就过渡到了更具挑战性的有限元法。关于有限元法的章节,作者没有采取“一笔带过”的方式,而是花了大量篇幅去解释形函数(Shape Functions)的选择、高斯积分点的选取,以及如何处理非结构化网格下的刚度矩阵装配过程。这种对细节的把控,对于希望自己动手实现求解器的读者来说,简直是无价之宝。读完这部分内容,我感觉自己对如何将一个复杂的几何体映射到简单的单元上,并准确计算出其贡献的数值,有了豁然开朗的感觉,这比我之前阅读的其他几本同类书籍都要透彻得多。

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从工具书的角度来看,这本书的覆盖范围之广令人叹服,它似乎试图为所有主流的电磁场计算方法提供一个统一的参考框架。除了传统的时域和频域方法外,作者还专门开辟了章节来讨论诸如矩量法(MoM)在散射问题中的应用,以及针对大型电磁系统特点的加速算法。特别是关于MoM的章节,对如何构建和求解共振子(Basis Functions)以及对积分方程的离散化过程,阐述得非常到位。更值得称赞的是,书中对“数值误差”的讨论非常坦诚和深入,它不仅指出了不同方法在精度上的差异,还探讨了舍入误差、截断误差和建模误差三者之间的相互作用,引导读者形成批判性的分析思维,而不是盲目相信仿真结果。这种对方法局限性的清醒认识,是衡量一本优秀计算方法书籍的重要标准,而这本书无疑在这方面做得非常出色,它教会了我如何更负责任地使用这些强大的计算工具。

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让我眩晕的一本书……

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