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出版者:Chapman & Hall

作者:Walton C. Gibson

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2007-11-28

价格:USD 124.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9781420061451

丛书系列:

图书标签:

• 矩量法
• 电磁场
• 毕设
• 基础
• Electromagnetics
• Method of Moments
• Computational Electromagnetics
• Numerical Methods
• Antenna Theory
• Microwave Engineering
• Electromagnetic Compatibility
• EMC
• Scattering
• Radiation

深入探索：电磁学中的数值计算与工程应用 内容概要： 本书聚焦于电磁学领域中解决实际工程问题的核心数值计算方法，全面涵盖了从理论基础到高级应用的全景图。它并非一本侧重于特定“矩量法”（Method of Moments, MoM）的专著，而是致力于构建一个广阔的平台，用于理解和实施各种强大的数值技术，以应对复杂的电磁散射、辐射、传输和接收问题。全书的结构设计旨在引导读者系统地掌握这些工具，并能够在真实世界的工程设计和分析中灵活运用。 第一部分：电磁场理论基础与离散化 本书的开篇部分迅速回顾了必要的电磁场理论，但重点在于为后续的数值方法打下坚实的数学和物理基础。这包括麦克斯韦方程组的完整形式、边界条件、以及格林函数的物理意义。 随后，我们将深入探讨问题的离散化技术，这是所有数值计算的起点。有限差分法（Finite Difference Methods, FDM）的原理和应用被详细剖析，特别是如何处理非均匀介质和复杂边界。我们探讨了FDM在时间域（FDTD）中的应用，包括其稳定性和色散误差的分析，为处理宽带和瞬态电磁现象提供了基础框架。 有限元法（Finite Element Method, FEM）作为处理复杂几何结构的主流方法，占据了重要篇幅。本书详细阐述了变分原理在电磁问题中的应用，如何将偏微分方程转化为能量最小化问题。涵盖了高阶形函数（如拉格朗日插值）的选择、网格划分（包括三角形、四面体网格的生成与优化），以及如何确保电磁场在单元间满足兼容性条件（如P-element和Nédélec元）。我们特别关注了如何有效地在三维（3D）问题中实施高阶FEM，并分析了其在谐振腔和波导模式求解中的优势。 边界元法（Boundary Element Method, BEM）的深入分析： 虽然本书的整体主题并非专注于某一种矩量法，但作为处理开域问题和散射分析的强大工具，BEM的理论基础被详尽阐述。BEM的核心在于将三维或二维问题转化为仅在边界上求解的积分方程。我们详细推导了电磁散射问题的弗雷德霍姆积分方程（Fredholm Integral Equations）的建立过程，并分析了不同类型的核函数（如希洛夫-拉宾维茨核、兰杰里尼核）对求解稳定性的影响。 特别地，本书深入探讨了如何将BEM与快速迭代求解器（如快速多极子方法，FMM）结合，以克服传统BEM计算复杂度为$O(N^2)$的瓶颈，实现更高效的大规模问题求解。 第二部分：时间域与频域的求解技术 本部分转向了具体的求解器和算法，重点关注如何有效地应对时间和频率上的复杂依赖性。 时域有限差分法（FDTD）的高级扩展： 我们不仅限于标准的Yee算法，还深入探讨了应对非线性材料（如铁磁体和等离子体）和高斯脉冲输入的时域方法。这包括了如何利用交错网格（Staggered Grid）的优势，以及如何处理吸收边界条件（ABC），如PML（Perfectly Matched Layer）的物理原理和数值实现细节。PML的层数、衰减因子和吸收坡度的优化策略被作为关键工程实践进行讨论。 频域求解器的效率提升： 在处理连续波（CW）或谐波响应时，频域方法的效率至关重要。本书详细介绍了矩阵填充技术（Matrix Filling Techniques），以及如何利用问题的物理特性（如对称性或周期性）来降维和加速求解。针对大规模线性系统的求解，我们比较了直接法（如LU分解）和迭代法（如GMRES、BiCGSTAB）的适用性，特别是如何选择合适的预处理器（Preconditioners），例如代数多重网格（AMG）或基于Krylov子空间的方法，以确保收敛速度和计算资源的有效利用。 第三部分：高级应用与耦合系统 本书的最后部分将理论和算法应用于复杂的工程场景，探讨多物理场耦合和先进结构的设计挑战。 电磁-热/结构耦合分析： 许多现代高功率电磁器件（如微波器件、高能加速器组件）面临严峻的热管理问题。本章详述了如何将电磁场求解结果（如焦耳热损失）作为热源输入，耦合到有限元热传导模型中。进一步地，温度分布引起的材料参数变化和结构形变（热应力）如何反作用于电磁场，形成了电磁-热-结构（EMS）的闭环分析。这部分内容侧重于迭代耦合策略和信息传递接口的设计。 辐射与散射问题的专项分析： 针对天线设计和雷达散射截面（RCS）计算，本书提供了专门的章节。这包括了如何利用射线追踪法（Ray Tracing）处理大尺度问题中的高频近似，以及如何结合几何光学（GO）和物理光学（PO）生成混合方法。在亚波长尺度，我们关注于不规则目标表面材料建模的挑战，以及如何量化表面粗糙度对散射特性的影响。 电磁兼容性（EMC）与系统级建模： 在系统层面，电磁效应不再孤立存在。本书探讨了线缆耦合、串扰（Crosstalk）以及屏蔽效能（SE）的数值评估。我们将视野扩展到系统级EMC分析，讨论如何使用简化模型（如传输线模型）快速评估大规模电路板布局的影响，并与更精细的3D全波求解器进行验证和校准。 结论： 本书旨在提供一个全面的、以工程实践为导向的数值工具箱。它强调了理解不同算法的内在权衡——计算成本、内存需求、精度与稳定性——以便工程师和研究人员能够根据具体问题的性质，选择并定制最高效的解决方案。通过对这些关键数值方法的深入剖析，读者将能够自信地驾驭当今最复杂的电磁设计与分析任务。

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我不得不说，《The Method of Moments in Electromagnetics》这本书的深度和广度都超出了我的预期。作者在讲解MoM时，不仅关注了理论的严谨性，更着重于其在实际电磁问题中的应用。我非常喜欢书中关于基函数和权函数选择的讨论，作者深入剖析了不同选择带来的数学和物理上的影响，这对于优化计算结果至关重要。另外，书中对高频渐近方法和MoM的结合也进行了探讨，这为处理更复杂的电磁散射和辐射问题提供了思路。我认为这本书对于已经具备一定电磁学基础，并希望深入研究MoM的读者来说，是一份不可多得的宝藏。它提供的知识体系非常完整，并且能够帮助读者建立起扎实的理论基础和解决实际问题的能力。

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这本《The Method of Moments in Electromagnetics》给我带来了全新的学习体验。它不仅仅是一本技术手册，更像是一位经验丰富的导师在循循善诱。我特别欣赏作者在理论讲解中的严谨性，每一处推导都力求清晰透彻，没有丝毫含糊。在处理边界积分方程和齐次方程组的章节，我曾遇到过不少困惑，但这本书通过大量的例题和详细的步骤解析，让我茅塞顿开。作者对数值稳定性和收敛性问题的讨论也十分到位，这对于实际工程应用中的模型构建非常有指导意义。书中还包含了一些关于MoM在现代计算电磁学中应用的探讨，例如与全波数值方法的结合，这让我看到了MoM的潜力和未来发展方向。我觉得这本书非常适合那些想要深入理解MoM背后原理，并希望将其应用于实际问题的研究人员和工程师。它的内容深度和广度都让我印象深刻。

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这本书的结构设计得相当巧妙，它循序渐进地引导读者掌握矩量法的精髓。初读时，我担心会遇到过于抽象和难以理解的数学概念，但作者的叙述方式非常友好，将复杂的理论分解成易于消化的部分。例如，在介绍洛伦兹引理和格林函数的应用时，书中用清晰的逻辑阐述了它们如何成为MoM的基石，以及如何通过它们将偏微分方程转化为积分方程。我尤其赞赏作者在不同章节之间建立的联系，使得整个知识体系更加连贯。书中提供的代码示例（虽然我在这里不具体描述）也极具参考价值，它们能够帮助我将理论知识转化为实际的计算工具，并进行相关的数值实验。这本书的语言风格既专业又不失可读性，很多关键概念都通过形象的比喻来解释，这对于理解来说非常有帮助。

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《The Method of Moments in Electromagnetics》提供了一个非常扎实的理论框架，让我能够系统地学习和掌握MoM。我之前对MoM的理解相对零散，这本书通过其严谨的数学推导和清晰的逻辑梳理，极大地弥补了我的知识盲点。尤其是在处理离散化过程和矩阵方程组求解的章节，作者详尽地介绍了不同的离散化方法，并分析了它们对最终结果的影响。这本书不仅仅是理论的堆砌，更注重实际应用中的考量，比如计算资源的优化和算法的效率提升。我发现，书中对一些工程问题的建模方法有着非常详细的阐述，这让我对如何将MoM应用于实际的电磁设计有了更深刻的认识。这本书的质量毋庸置疑，它为我提供了宝贵的学习资源。

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这本书绝对是电磁学领域的一本重量级著作！我花了一整个周末沉浸其中，不得不说，它提供了一个非常深入且系统性的视角来理解矩量法（Method of Moments, MoM）。书的开篇就以一种非常引人入胜的方式，将复杂的数学理论与实际的电磁问题巧妙地结合起来。作者在讲解时，并没有仅仅停留在公式的推导，而是花费了大量篇幅去阐述每一步的物理意义，这对于我这样的读者来说至关重要。我尤其喜欢作者在引入一些核心概念时，会从最基本的问题入手，逐步引导读者建立起对MoM内在逻辑的清晰认识。例如，在讨论基函数和测试函数选择的章节，书中不仅列举了常见的选择方式，还详细分析了它们各自的优缺点以及对计算效率和精度的影响。书中的图示也相当丰富，并且非常直观，能够帮助我更好地理解抽象的数学模型。总的来说，这本书为我打开了理解MoM的一扇新大门，我感觉自己对电磁散射、辐射等问题的理解深度得到了显著提升。

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