教育部学位管理与研究生教育司推荐研究生教学用书 计算电磁学 第二版 作者:王秉中,邵维 编著 出版时间: 2018年版内容简介本书对**版做了全面的更新和修订,力求反映计算电磁学领域的基本理论方法和部分*新进展。本书从广义计算电磁学的视角来构建知识体系,涉及电磁场工程CAD中的三个核心问题:电磁场问题的数值仿真、高效建模和优化设计。全书共21章,在介绍计算电磁学的产生背景、现状和发展趋势的基础上,主要内容涵盖静态场的有限差分法、频域有限差分法、时域有限差分法、矩量法、人工神经网络、空间映射方法、遗传算法和拓扑优化算法等。目录目 录第1章 绪论 11.1 计算电磁学的产生背景 11.1.1 高性能计算技术 11.1.2 计算电磁学的重要性 21.1.3 计算电磁学的研究特点 21.2 电磁场问题求解方法分类 41.2.1 解析法 41.2.2 数值法 51.2.3 半解析数值法 61.3 当前计算电磁学中的几种重要方法 71.3.1 有限元法 71.3.2 时域有限差分法 91.3.3 矩量法 111.4 电磁场工程专家系统 121.4.1 复杂系统的电磁特性仿真 121.4.2 面向CAD的复杂系统电磁特性建模 141.4.3 人工智能专家系统 15参考文献 15**篇 电磁仿真中的有限差分法第2章 有限差分法 212.1 差分运算的基本概念 212.2 边值问题(静态场)的差分计算 242.2.1 二维泊松方程差分格式的建立 242.2.2 介质分界面上边界条件的离散方法 262.2.3 边界条件的处理 282.2.4 差分方程组的特性和求解 302.2.5 数值算例 332.3 特征值问题(时谐场)的差分计算 422.3.1 纵向场分量的亥姆霍兹方程 422.3.2 数值算例 44参考文献 50第3章 频域有限差分法 513.1 FDFD基本原理 513.1.1 Yee的差分算法和FDFD差分格式 513.1.2 介质交界面上的差分方程 533.1.3 数值色散 543.2 吸收边界条件 563.2.1 频域单向波方程和Mur吸收边界条件 573.2.2 边界积分方程截断边界 593.2.3 基于解析模式匹配法的截断边界条件 643.3 总场/散射场体系和近远场变换 673.3.1 总场/散射场中的激励源引入 673.3.2 近区场到远区场的变换 683.4 数值算例 713.4.1 特征值问题的求解 713.4.2 散射问题的求解 79参考文献 83第4章 时域有限差分法——差分格式及解的稳定性 844.1 FDTD基本原理 844.1.1 Yee的差分算法 844.1.2 环路积分解释 884.2 解的稳定性条件 904.3 非均匀网格 924.3.1 渐变非均匀网格 934.3.2 局部细网格 954.4 共形网格 984.4.1 细槽缝问题 984.4.2 弯曲理想导体表面的Dey-Mittra共形技术 994.4.3 弯曲理想导体表面的Yu-Mittra共形技术 1004.4.4 弯曲介质表面的共形技术 1014.5 半解析数值模型 1024.5.1 细导线问题 1024.5.2 增强细槽缝公式 1034.5.3 小孔耦合问题 1054.5.4 薄层介质问题 1074.6 良导体中的差分格式 110参考文献 112第5章 时域有限差分法——吸收边界条件 1135.1 Bayliss-Turkel吸收边界条件 1135.1.1 球坐标系 1135.1.2 圆柱坐标系 1155.2 Engquist-Majda吸收边界条件 1165.2.1 单向波方程和Mur差分格式 1165.2.2 Trefethen-Halpern近似展开 1215.2.3 Higdon算子 1225.3 廖氏吸收边界条件 1235.4 Berenger完全匹配层 1265.4.1 PML媒质的定义 1265.4.2 PML媒质中平面波的传播 1275.4.3 PML-PML媒质分界面处波的传播 1295.4.4 用于FDTD的PML 1315.4.5 三维情况下的PML 1355.4.6 PML的参数选择 1385.4.7 减小反射误差的措施 1395.5 Gedney完全匹配层 1425.5.1 完全匹配单轴媒质 1425.5.2 FDTD差分格式 1465.5.3 交角区域的差分格式 1515.5.4 PML的参数选取 152参考文献 153第6章 时域有限差分法——应用 1546.1 激励源技术 1546.1.1 强迫激励源 1546.1.2 总场/散射场体系 1576.2 集总参数电路元件的模拟 1606.2.1 扩展FDTD方程 1606.2.2 集总参数电路元件举例 1616.3 数字信号处理技术 1646.3.1 极点展开模型与Prony算法 1646.3.2 线性及非线性信号预测器模型 1656.3.3 系统识别方法及数字滤波器模型 1676.4 应用举例 1696.4.1 均匀三线互连系统 1696.4.2 同轴线馈电天线 1716.4.3 多体问题 1736.4.4 同轴-波导转换器 1756.4.5 波导元件的高效分析 1776.4.6 传输线问题的降维处理 179参考文献 185第7章 无条件稳定的FDTD方法 1867.1 ADI-FDTD法 1867.1.1 ADI-FDTD差分格式 1877.1.2 ADI-FDTD解的稳定性 1927.1.3 ADI-FDTD的吸收边界条件 1977.1.4 应用举例 2067.2 LOD-FDTD方法 2167.2.1 二维LOD-FDTD差分格式 2167.2.2 二维LOD-FDTD解的稳定性 2197.2.3 Berenger的PML媒质中的LOD-FDTD格式 2217.2.4 LOD-FDTD中的共形网格技术 2237.2.5 高阶LOD-FDTD方法 2247.2.6 应用举例 2287.3 Newmark-Beta-FDTD方法 2317.3.1 Newmark-Beta-FDTD差分格式 2317.3.2 Newmark-Beta-FDTD解的稳定性 2357.3.3 Newmark-Beta-FDTD的数值色散分析 2377.3.4 应用举例 238参考文献 240第二篇 电磁仿真中的矩量法第8章 矩量法基本原理 2458.1 矩量法原理 2458.1.1 矩量法基本概念 2458.1.2 矩量法中的权函数 2468.1.3 矩量法中的基函数 2468.2 静电场中的矩量法 2488.2.1 一维平行板电容器 2488.2.2 一维带电细导线 2498.2.3 二维带电导体平板 250参考文献 251第9章 空域差分-时域矩量法 2529.1 SDFD-TDM法 2529.1.1 SDFD-TDM法的基本原理 2529.1.2 基于分域三角基函数和Galerkin法的SDFD-TDM 法 2559.2 Laguerre-FDTD法 2619.2.1 Laguerre-FDTD法公式体系 2619.2.2 Laguerre-FDTD法二阶Mur吸收边界条件 2669.2.3 实数域的Laguerre-FDTD法二维全波压缩格式 2679.2.4 非正交坐标系的Laguerre-FDTD法 2709.2.5 色散介质中的ADE-Laguerre-FDTD法 2759.2.6 Laguerre-FDTD法的色散分析和关键参数选取 2789.2.7 区域分解Laguerre-FDTD法及在散射中的应用 2819.2.8 基于节点变量的区域分解Laguerre-FDTD方法 286参考文献 289第10章 积分方程 29110.1 积分方程和格林函数 29110.1.1 积分方程的推导 29110.1.2 三维格林函数 29210.1.3 二维格林函数 29310.2 磁矢量位和远场近似 29410.2.1 磁矢量位 29410.2.2 远场表达式 29510.3 表面积分方程 29710.3.1 理想导体散射场的等效原理 29710.3.2 理想导体的表面积分方程 29710.4 细导线的线积分方程 30010.4.1 细线近似 30010.4.2 细线天线的激励源 301参考文献 302第11章 矩量法应用 30311.1 一维线天线的辐射 30311.1.1 Hallen积分方程的求解 30311.1.2 Pocklington方程的求解 30511.2 二维金属目标的散射 30711.2.1 二维金属薄条带的散射 30711.2.2 二维金属柱体的散射 31011.3 三维金属目标的散射 312参考文献 314第12章 子全域基函数法 31512.1 子全域基函数法原理 31512.1.1 一维周期结构的子全域基函数法 31512.1.2 二维周期结构的子全域基函数法 31712.2 子全域基函数法中阻抗矩阵的快速填充计算 31912.2.1 阻抗矩阵元素计算技术 31912.2.2 一维周期结构中阻抗矩阵的快速填充计算 32012.2.3 二维周期结构中阻抗矩阵的快速填充计算 32112.3 子全域基函数法的应用 32312.3.1 混合有限周期结构 32312.3.2 金属天线阵列分析 324参考文献 325第13章 基于压缩感知理论的矩量法 32613.1 压缩感知理论 32713.2 基于压缩感知理论的矩量法原理 32813.2.1 权函数冗余性与解的稀疏性 32813.2.2 数学描述 32913.2.3 物理解释 33013.2.4 计算复杂度分析 33113.3 数值算例 33113.3.1 带电细导线的电荷密度分布 33113.3.2 带电导体平板的电荷密度分布 33313.3.3 Hallen积分方程求解双臂振子天线 33513.3.4 二维金属圆柱散射 33513.4 压缩感知矩量法方程的快速构造和求解 33613.4.1 阻抗矩阵快速填充的基本思想 33613.4.2 阻抗矩阵快速填充方法的数学描述 33713.4.3 压缩感知矩量法方程的快速求解 33813.4.4 计算复杂度分析 33913.4.5 计算实例 340参考文献 344第三篇 电磁建模中的人工神经网络第14章 人工神经网络模型 34914.1 生物神经元 34914.2 人工神经元模型 35014.2.1 单端口输入神经元 35014.2.2 活化函数 35014.2.3 多端口输入神经元 35314.3 多层感知器神经网络 35314.3.1 单层前传网络 35314.3.2 多层前传网络 35414.4 多层感知器的映射能力 35514.5 多样本输入并行处理 356参考文献 357第15章 用回传算法训练多层感知器 35815.1 神经网络的学习能力 35815.1.1 受控学习方式 35815.1.2 误差校正算法 35915.2 误差回传算法 36015.2.1 delta法则 36015.2.2 训练模式 36615.2.3 回传算法的改进 36815.3 误差前传算法 37415.3.1 具有隐含层节点随机分配的单层前馈型神经网络 37415.3.2 前馈型神经网络*小范数的*小二乘解 37615.3.3 前传算法的改进 37715.4 将受控学习看作函数*优化问题 37915.4.1 共轭梯度法 37915.4.2 牛顿法 38015.4.3 Levenberg-Marquardt近似 38115.5 网络推广 38215.5.1 训练集合大小的确定 38215.5.2 网络结构的优化 383参考文献 384第16章 神经网络建模的试验设计 38516.1 正交试验设计 38616.1.1 全组合正交试验设计 38616.1.2 方螺旋电感的神经网络模型 38616.1.3 微带协同馈电系统的神经网络模型 38916.1.4 带状线间隙不连续性的神经网络模型 39016.1.5 部分组合正交试验设计 39316.2 中心组合试验设计 39716.2.1 中心组合试验设计 39716.2.2 单层间互连结构的神经网络模型 39816.2.3 带状线双层间互连结构的神经网络模型 40116.2.4 同轴-波导转换器的神经网络模型 40516.3 随机组合试验设计 40716.3.1 高速互连结构的神经网络模型 40716.3.2 数值算例 408参考文献 411第17章 知识人工神经网络模型 41217.1 外挂式知识人工神经网络模型 41217.1.1 差值模型和PKI模型 41217.1.2 输入参数空间映射模型 41417.1.3 主要元素项分析 41517.1.4 稳健的知识人工神经网络模型 41717.2 嵌入式知识人工神经网络模型 41917.2.1 知识人工神经元 41917.2.2 知识人工神经元三层感知器 42017.2.3 应用实例 421参考文献 425第18章 基于传递函数的神经网络模型应用 42718.1 传递函数 42718.2 ELM 的微波滤波器建模 42818.3 基于数据挖掘技术的超宽带天线建模 43318.3.1 数据挖掘技术 43318.3.2 单阻带超宽带天线的神经网络建模 43518.4 多性能参数的天线建模 43718.4.1 多输出参数的人工神经网络建模 43718.4.2 Fabry-Perot谐振天线的多性能参数建模 439参考文献 443第四篇 电磁设计中的优化方法第19章 空间映射优化方法 44719.1 空间映射优化基本思想 44719.2 初始空间映射优化方法及应用 44919.2.1 初始空间映射算法 45019.2.2 初始空间映射算法优化LTCC等效集总参数(电容) 45119.3 渐进空间映射优化方法及应用 45619.3.1 渐进空间映射算法 45619.3.2 渐进空间映射方法优化LTCC中的过孔过渡结构 45919.3.3 基于知识的渐进空间映射方法优化LTCC滤波器 462参考文献 464第20章 遗传算法 46620.1 基本的遗传算法 46720.1.1 基本遗传算法的描述 46720.1.2 应用遗传算法的准备工作 47020.1.3 遗传操作 47520.2 遗传算法的特点及数学机理 47920.2.1 遗传算法的特点 47920.2.2 遗传算法的数学机理 48120.3 遗传算法在电磁优化中的应用 48420.3.1 天线及天线阵的优化设计 48420.3.2 平面型带状结构的优化设计 49120.4 改进的遗传算法及其应用 49520.4.1 自适应量子遗传算法 49520.4.2 自适应多目标遗传算法 49920.4.3 跳变基因多目标遗传算法 508参考文献 514第21章 拓扑优化算法 51621.1 混合拓扑优化算法 51721.1.1 敏感度分析 51721.1.2 混合拓扑优化方法 52021.2 天线的拓扑优化 52421.2.1 窄带定向微带天线 52421.2.2 可重构像素微带天线 52721.2.3 离散旋转对称天线 530参考文献 533 上一篇: 国防科技著作精品译丛 宽带平面天线的设计和应用 (新加坡)陈志宁,(新加坡)谢 著 2015年版 下一篇: 激光器件 第二版 周广宽,葛国库,赵亚辉,顾洁 编著 2018年版