Scattering of Electromagnetic Waves, 3 Volume Set (Wiley Series in Remote Sensing and Image Processi pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-Interscience

作者:Leung Tsang

出品人:

页数:2000

译者:

出版时间:2001-08-06

价格:USD 386.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471411321

丛书系列:

图书标签:

• Electromagnetic scattering
• Remote sensing
• Image processing
• Wave propagation
• Microwave scattering
• Radar
• Optical scattering
• Antennas
• Electromagnetics
• Physics

电磁波散射研究的基石：经典理论与前沿应用 本书聚焦于电磁波散射现象的深入探讨，尤其侧重于波动光学和电磁学理论在复杂介质中散射问题上的应用与发展。本书旨在为研究人员、工程师以及高年级研究生提供一个全面而系统的知识框架，涵盖从基础理论到实际工程应用的各个层面。 第一部分：电磁波与散射基础 本书伊始，我们回归到描述电磁波行为的基本方程——麦克斯韦方程组。详细阐述了电磁场在真空和介质中传播的特性，为理解散射现象奠定坚实的理论基础。 介质中的电磁场行为： 深入分析了宏观电磁场的本构关系，包括介电常数、磁导率和导电率对电磁波传播的影响。重点讨论了各向异性介质、线性与非线性材料响应下的场演化规律。 散射理论的引入： 散射并非能量的吸收或透射，而是电磁波在遇到不均匀性或边界时发生的重新辐射过程。本书系统性地介绍了散射截面、辐射方向图、后向散射强度等核心概念，明确区分了弹性散射与非弹性散射的物理意义。 解析解与近似方法： 对于简单的几何结构（如平面波入射到无限大平面、球体或圆柱体），我们首先通过解析方法求解麦克斯韦方程组，例如廷勒（T-matrix）方法和本征函数展开法，这些方法是理解散射物理特性的基石。随后，引入了处理更复杂几何体所需的大量数值近似方法，包括几何光学（GO）、物理光学（PO）以及局域散射近似（LSA），为后续的数值计算打下基础。 第二部分：特定几何形状与微观散射 本部分将理论应用于具体的物理结构，探讨电磁波在不同尺度和复杂性几何体上的散射特性。 球体与粒子散射（米氏理论）： 对均匀介质中的球形粒子散射进行了详尽的分析。米氏散射理论是理解大气光学现象、气溶胶探测和微粒测量的核心工具。书中详细推导了散射系数、消光效率因子以及散射强度的角分布，并探讨了米氏散射在光化学、云物理学等领域中的应用。特别关注了单散射的极化特性，以及粒子大小参数对散射模式的决定性影响。 圆柱体与二维问题： 对于无限长或有限长圆柱体，散射问题可以简化为二维或三维问题。分析了TM和TE极化波的散射特性，这对理解天线罩、管道或线状结构的雷达散射截面（RCS）至关重要。讨论了模式匹配法在这些准二维问题中的有效性。 粗糙表面散射： 真实世界的界面往往是粗糙的，而不是理想的平面。本部分专注于如何量化描述这种粗糙度对散射的影响。引入了统计模型，如基尔霍夫近似（Kirchhoff Approximation, KA）和摄动理论（Perturbation Theory），用于计算平面波入射到具有随机起伏表面的反射和散射。详细分析了均方根高度、相关长度等统计参数如何影响后向散射的强度和分布。 第三部分：复杂介质与介质间散射 电磁波在穿过或遇到具有复杂内部结构的介质时，散射行为变得异常复杂。本部分深入探讨了非均匀、随机分布的介质模型。 随机介质中的传输： 研究了包含随机分布散射体的介质，例如湍流大气、植被冠层或生物组织。重点讨论了多重散射的效应。当散射体密度较高时，单次散射模型不足以描述现象，需要引入诸如扩散理论（Diffusion Theory）或连续随机介质模型（Continuum Random Media Models）。分析了相干波的衰减和相干性的丧失，以及非相干散射的增强。 分层介质与薄膜光学： 讨论了电磁波在由多层不同材料构成的分层结构中的传播与反射。利用传输矩阵法（Transfer Matrix Method, TMM）和菲涅耳方程，精确计算了多层结构的光谱响应，这对设计光学涂层、光纤耦合器以及薄膜太阳能电池至关重要。强调了界面处的阻抗匹配和相位累积效应。 导引波与散射耦合： 针对光纤、波导等结构，探讨了由于制造缺陷、弯曲或外部扰动引起的模式间散射。分析了导引波中的辐射损耗，以及如何通过散射来分析波导的结构完整性。 第四部分：数值方法与前沿应用 在许多实际问题中，解析解或半解析近似方法难以奏效，因此数值计算成为解决复杂散射问题的关键手段。 数值方法的基石： 本书对主流的数值方法进行了详细介绍和对比。 1. 矩量法（Method of Moments, MoM）： 重点讲解了MoM如何将积分方程转化为线性代数方程组，适用于求解由任意形状导体和介质物体引起的散射问题，特别是针对中低频段和高精度要求的场景。 2. 有限元法（Finite Element Method, FEM）： 阐述了FEM在处理具有复杂几何和非均匀介质的区域散射问题中的优势，强调了网格划分和边界条件设置的技巧。 3. 时域有限差分法（Finite-Difference Time-Domain, FDTD）： 侧重于FDTD在直接模拟电磁波随时间演化的能力，适用于宽带分析和非线性材料的瞬态响应，并讨论了吸收边界条件（ABC）的设计。 散射应用的扩展： 最后，本书将这些理论和方法应用于现代工程领域： 雷达散射与目标识别： 探讨了RCS的测量、建模与反演，包括对隐身技术和目标特征提取的贡献。 遥感技术： 分析了SAR、激光雷达（LiDAR）等遥感系统中的地表、植被和海洋表面散射机制，以及如何利用散射信息进行参数反演。 医学成像与生物散射： 讨论了电磁波在复杂生物组织中的传播与散射模型，例如利用微波散射进行生物组织成像或诊断的原理。 本书的深度和广度旨在为读者提供一个坚实的理论基础，并熟练掌握解决实际电磁散射挑战所需的数学工具和数值技术。

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近来我主要在研究一本关于**射频集成电路（RFIC）设计**的手册，它与电磁波的宏观散射可能相去甚远，更多关注的是微米尺度下的损耗、耦合与寄生效应。这本书的切入点非常“接地气”，它直接从**集总元件（LCR）的寄生效应**讲起，详细分析了互连线带来的电感和串扰，以及电感、电容的非理想化模型。作者采用了大量**S参数**的分析方法，并用直观的Smith圆图来解释匹配网络的优化过程，这对于在实际电路板上实现高性能设计至关重要。书中对**电磁兼容性（EMC）**的讨论也极为深入，探讨了地平面设计如何影响高频信号的完整性，以及如何通过屏蔽和滤波来抑制辐射干扰。它的一大特色是包含了大量**工业界实际设计案例**的简化模型，比如如何处理巴伦的设计缺陷，或是在低功耗设计中如何平衡噪声系数和线性度。阅读这本书，就像是跟一位经验丰富的射频工程师面对面交流，他会不断提醒你“在实际中，这个理想情况是不存在的”。它对数学的依赖程度远低于纯物理学著作，更多的是对工程近似和设计权衡的艺术的阐述。如果说有遗憾，那就是它对量子效应在微电子器件中的影响探讨得比较少，毕竟它的核心目标是优化现有硅基工艺下的电路性能。

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我最近正在啃一本关于**计算电磁学中的时域方法**的专著，它与您提到的那本可能在理论的侧重点上大相径庭，但都指向了如何处理复杂场问题。这本计算书的风格是典型的**工程实用导向**，开篇即是各种离散化技巧的比较，比如有限差分法（FDTD）与有限元法（FEM）的优劣权衡，以及它们在处理不同几何形状时的效率差异。它对**吸收边界条件（ABC）**的推导和实现给予了空前的重视，详细对比了PML（完全匹配层）的各种变体，展示了如何通过精妙的数学构造来模拟无限空间，这部分内容对于任何进行电磁仿真的人来说都是至关重要的“秘籍”。书中对于算法的讲解极其细致，几乎所有核心算法都有伪代码级别的描述，读者可以直接将其转化为编程语言进行实践。此外，它还专门探讨了**时域反演问题**，即如何根据接收到的响应推断出物体的电磁特性，这在地下成像和无损检测领域有广泛应用。与那些纯理论书籍相比，它的魅力在于将抽象的微分方程直接“翻译”成了可执行的计算机指令。不过，这本书的局限性也显而易见：它很少花时间去讨论物理学上的直觉或非线性效应的深层含义，一切都以数值稳定性和计算效率为最高准则。它更像是一本“工具箱”手册，而非一本“理论殿堂”的导览，对于追求解析美感的读者来说，可能会觉得略显枯燥。

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我最近的阅读焦点集中在一套关于**大气遥感与辐射传输**的教材上。这套书的内容，虽然最终落脚点是电磁波在真实大气中的传播和反演，但它对于**电磁波的分子和微粒散射机制**的描述，无疑与您提到的书籍在物理基础上有共通之处，只是尺度和介质完全不同。这本书极其细致地划分了瑞利散射、米氏散射和非球形粒子散射的适用条件和数学模型，清晰地展示了波长与粒子大小比值如何决定散射的特征。它用大量的篇幅解释了**大气窗口和吸收谱线**的形成，如何利用这些信息来反演出气溶胶的垂直廓线和温湿度的分布。书中对**辐射度守恒方程**的推导和求解占据了核心地位，作者非常巧妙地将辐射传输问题转化为一个积分方程，并通过迭代方法进行求解，这为理解电磁波在复杂介质中能量传递的复杂性提供了另一个视角。我尤其欣赏它对**极化效应**的关注，详细分析了阳光经过云层和地表反射后偏振态的变化，这对设计高精度的偏振遥感仪器是必备知识。与纯粹的理论物理书籍相比，这套教材的每一章都紧密地连接着卫星、雷达或辐射计的具体应用，让你时刻感受到理论与观测之间的紧密联系。它像是一座知识的桥梁，连接着基础的麦克斯韦理论与前沿的环境监测技术。

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最近翻阅的另一部作品，专注于**光学中的非线性现象**，与您那本声名在外的散射专著想必在研究范畴上有所侧重，但对光的本征行为的探讨却有着异曲同工之妙。这部光学著作的叙事风格极为**诗意和哲学化**，作者似乎不满足于单纯的数学描述，更着力于揭示光与物质相互作用时涌现出的奇特规律。例如，在讨论**自聚焦和光孤子**时，作者没有直接堆砌非线性薛定谔方程的求解步骤，而是先花了整整一章来回顾经典的光束传播理论，建立一个“平稳”的基线，然后才逐步引入克尔介质中的非线性项。这种循序渐进的方式，使得读者在接触到高阶的数学模型时，能清晰地感知到是“非线性”这个因素如何打破了原有的平衡。书中对**拉曼散射和布里渊散射**的介绍也非常到位，它不仅仅停留在理论推导上，还穿插了大量关于激光光源和探测器选择的实用建议。我尤其欣赏作者在论述**倍频和参量过程**时所采用的相位匹配的概念，通过精妙的几何类比，将原本抽象的波矢匹配问题可视化了。这本书的阅读体验像是在攀登一座知识的阶梯，每一步都有清晰的视野，但攀登的过程也要求读者具备相当的耐心和对物理图像的敏锐洞察力。它更像是为那些对光与物质的深入交互抱有强烈好奇心的研究人员准备的深度阅读材料，而不是一本入门级的参考手册。

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这套关于电磁波散射的书籍，虽然我没有读过您提到的那本，但我最近沉浸在另一套关于**微波工程与天线设计**的经典著作中，那套书给我的感受是极其深刻且结构清晰的。它从麦克斯韦方程组的完备推导出发，花了大量的篇幅详细阐述了边界条件在不同介质界面上的处理方式，这部分内容对于理解电磁波如何与复杂结构相互作用至关重要。书中对**勒让德多项式和球谐函数**在求解散射问题时的应用进行了极其详尽的数学推导，几乎每一步都给出了清晰的注解，避免了许多初学者在面对高阶数学物理时容易产生的困惑。特别是，它用很大一部分篇幅专门讨论了**波导理论**，从传输线理论的低频近似过渡到模式的色散关系，再到开域中的辐射问题，逻辑链条衔接得非常自然。作者似乎深谙教学之道，在讲解完一个复杂的理论后，总会紧跟着一个贴近实际应用的例子，比如小型雷达截面（RCS）的估算，或是阵列天线的方向图合成。这本书的排版和插图质量也堪称一流，那些二维和三维的矢量场图示，对于建立直观的物理图像帮助极大。如果说有什么不足，可能就是对**数值方法**的介绍相对保守，更多侧重于解析解的推导，对于现代工程实践中越来越重要的FDTD或MoM方法涉猎不深。但总的来说，对于希望打下扎实理论基础，理解散射背后的物理机制的读者而言，那本微波工程的教材无疑是无价之宝，它提供的知识深度和广度，足以让人在电磁学领域站稳脚跟。

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