Ultra-wideband Short-pulse Electromagnetics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Baum, Carl E. (EDT)/ Stone, Alexander P. (EDT)/ Tyo, J. Scott (EDT)

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2007-9

价格:$ 310.75

装帧:

isbn号码:9780387730455

丛书系列:

图书标签:

• Ultra-wideband
• Electromagnetics
• Short-pulse
• Signal Integrity
• High-speed circuits
• Antennas
• Radar
• THz
• Time-domain
• Numerical methods

好的，以下是一份关于《超宽带短脉冲电磁学》的图书简介，内容力求详尽，且不含任何关于人工智能生成的痕迹，旨在客观描述该领域的核心议题与技术深度： 《超宽带短脉冲电磁学》图书简介 聚焦瞬态动力学与复杂介质响应的权威著作 《超宽带短脉冲电磁学》（Ultra-wideband Short-pulse Electromagnetics）是一部深入探讨超宽带（UWB）信号在复杂电磁环境中传播、散射及相互作用机理的专业文献。本书不仅系统梳理了支撑超宽带技术的基础理论，更侧重于解决实际应用中由瞬态电磁效应引发的工程挑战。它为高频电子工程、雷达系统、电磁兼容（EMC）以及非线性介质研究领域的科研人员、工程师和高年级学生提供了一套严谨的分析框架与先进的数值工具。 第一部分：理论基础与瞬态电磁场基础 本书伊始，建立起理解超宽带现象的数学和物理基石。不同于传统的窄带分析，短脉冲电磁学必须完全纳入时间域的考量。 1. 傅里叶变换的局限与时域方法的兴起： 详细分析了传统频域分析在处理极短脉冲（纳秒乃至皮秒级别）时的内在局限性，特别是对介质的色散和非线性效应的描述能力。随后，引入了傅里叶变换对脉冲展宽和畸变的影响，为后续引入瞬态数值方法奠定基础。 2. 麦克斯韦方程组的瞬态形式与波动方程： 重新审视麦克斯韦方程组在时域中的标准形式。重点讨论了有限差分时域法（FDTD）的数学推导，包括其在处理边界条件（如吸收边界条件 ABCs）和材料模型（如色散介质的Z变换表示）时的具体实施细节。 3. 脉冲的特征与群速度概念的重塑： 深入探讨了超宽带脉冲的数学结构，如高斯脉冲、Ricker子波（墨西哥帽小波）和具有特定相位特性的微分脉冲。阐述了在强色散介质中，能量传播速度（群速度）与相位速度之间的复杂关系，以及如何利用群速度来精确预测脉冲的到达时间与形态。 第二部分：超宽带信号的传播与介质相互作用 本书的核心内容之一在于解析超短脉冲在真实世界复杂介质中的行为，这往往涉及材料参数对频率的强依赖性。 1. 频率依赖性材料模型： 对电磁波在各种常见材料中的传播特性进行了详尽的分类与建模。涵盖了： 洛伦兹模型（Lorentzian Dispersion）： 描述了介质的吸收和共振现象。 柯西模型（Cauchy Dispersion）： 适用于描述透明介质的低频色散。 Drude-Lorentz 组合模型： 用于精确模拟等离子体和导电介质的瞬态响应。 特别关注了电磁波吸收材料（RAM）的瞬态等效电路模型，以评估其对短脉冲的衰减效率。 2. 瞬态散射理论： 传统的瑞利散射和米氏散射理论在处理超短脉冲时需要修正。本书引入了时间域的后向散射截面（RCS）概念。详细分析了不规则目标（如尖锐边缘、粗糙表面）对脉冲的“时间反演”特性，以及由几何光学和绕射理论在短脉冲背景下的融合应用。 3. 穿透与界面效应： 重点分析了超宽带脉冲穿过多层界面（如空气-介质-空气）时的反射、折射和隧穿效应。利用史密斯图（Smith Chart）在复频率平面上的扩展概念，评估在不同入射角下脉冲形状的保持或畸变程度。 第三部分：先进的数值方法与仿真技术 实现精确的超宽带模拟需要高度优化的数值算法。本书提供了对前沿仿真工具的深度解析。 1. 时域有限差分法（FDTD）的改进： 针对短脉冲的尖锐过渡特性，详细介绍了交错网格（Yee Cell）的稳定性和精度限制。引入了总等效电路（TCM）和辅助微分方程（ADE）方法，以更高效地处理复杂的非线性与色散材料，如铁电体和磁性材料的瞬态响应。 2. 时域积分方程（TIEDM）的应用： 对于大型或开放区域的散射问题，本书阐述了莫纳-阿尔法（MoM）方法在时域的实现，即时间域矩量法（TD-MoM）。讨论了其在处理不可压缩电流和表面积分时的计算复杂性，以及如何通过先进的快速多极子方法（FMM）加速大尺度矩阵求解。 3. 脉冲反演与成像技术： 将电磁理论与信号处理相结合。探讨了时间域层析成像（Time-Domain Tomography）和步进频率合成（Stepped-Frequency Synthesis）在UWB系统中的应用。特别是对后向投影（Back-Projection）算法在非均匀介质中的修正，确保了成像结果对时间延迟的敏感性。 第四部分：关键应用领域的技术挑战 本书的最后部分将理论和方法论应用于具体的工程实践场景，突显超宽带技术在解决现代工程难题中的潜力。 1. UWB雷达与穿墙探测（GPR）： 讨论了UWB信号如何通过极化散射机制实现对障碍物后方目标的精确定位。分析了土壤、混凝土等非理想介质对脉冲的衰减和相位畸变，并提出了基于经验模态分解（EMD）的信号去噪技术。 2. 电磁兼容性（EMC）与瞬态耦合： 阐述了短脉冲对集成电路（IC）和PCB布局的危害。分析了串扰（Crosstalk）、地弹（Ground Bounce）等瞬态效应的物理机制，并介绍了基于瞬态网络分析器（TNA）的测试方法，以及如何设计具有良好瞬态抑制特性的屏蔽结构。 3. 脉冲源与接收机设计： 深入探讨了产生和捕获极短电磁脉冲的关键技术。包括雪崩晶体管开关、步进波导以及采样示波器在皮秒时间尺度上的时间分辨率限制。对超宽带天线（如Vivaldi天线、螺旋天线）的瞬态响应和效率进行了严格的对比分析。 《超宽带短脉冲电磁学》旨在成为该领域研究者的必备参考书，它不仅提供了理解瞬态现象的理论深度，更提供了解决实际复杂电磁问题的实用工具箱。通过对时间和频率双域的精细把握，读者将能够驾驭前沿的超宽带系统设计与分析工作。

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