色散介質(zhì)時域有限差分方法

前言

　　計算電磁學(xué)結(jié)合了數(shù)值計算學(xué)、計算機(jī)技術(shù)和電磁場理論等相關(guān)學(xué)科的知識，作為一門交叉學(xué)科，正經(jīng)歷著日新月異的發(fā)展。時域有限差分（finite-differ-encetime-domain，F(xiàn)DTD）方法是一種對麥克斯韋方程組進(jìn)行直接求解的數(shù)值方法，既可以分析時諧場，又能計算寬頻帶瞬態(tài)場，還能處理非均勻、各向異性色散介質(zhì)的電磁學(xué)問題.因此，F(xiàn)DTD方法由于其強(qiáng)大的功能已成為電磁場數(shù)值計算的重要方法之一?！　〗陙?，F(xiàn)DTDD方法在處理色散介質(zhì)的電磁學(xué)問題時取得了長足的進(jìn)展，出現(xiàn)了大量處理色散介質(zhì)電磁仿真的FDTD方法。我們撰寫本書的目的是想將色散介質(zhì)FDTD方法的研究成果匯編成冊，為從事雷達(dá)系統(tǒng)、電子對抗、目標(biāo)與環(huán)境特性、隱身與反隱身、計算電磁學(xué)等領(lǐng)域研究的科技人員提供一本實用的讀物。本書內(nèi)容新穎，系統(tǒng)性較強(qiáng)。書中大部分的內(nèi)容來自于近幾年作者團(tuán)隊從事科學(xué)研究的成果，也有一部分來自國內(nèi)外同行的研究成果。

內(nèi)容概要

本書共分5章。第1章介紹色散介質(zhì)的基本性質(zhì)，第2章介紹時域有限差分方法的基本原理，第3～5章分別討論了各向同性色散介質(zhì)和各向異性色散介質(zhì)的時域有限差分方法及其應(yīng)用。雖然色散介質(zhì)種類較多，但仿真方法基本相同，因此，本書以等離子體介質(zhì)為重點(diǎn)進(jìn)行了研究，以期讀者能融會貫通。    本書可供從事雷達(dá)系統(tǒng)、電子對抗、目標(biāo)與環(huán)境特性、隱身與反隱身、目標(biāo)識別、計算電磁學(xué)等領(lǐng)域研究和開發(fā)工作的科技人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)高年級本科生和研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

前言第1章  色散介質(zhì)的基本性質(zhì)  1.1  電介質(zhì)的導(dǎo)電與極化    1.1.1  電介質(zhì)的極化模型和極化率    1.1.2  電介質(zhì)的導(dǎo)電模型和電導(dǎo)率  1.2  等離子體的基本性質(zhì)    1.2.1  等離子體的基本參數(shù)    1.2.2  等離子體的介電性和導(dǎo)電性  1.3  德拜介質(zhì)和洛倫茲介質(zhì)的基本性質(zhì)    1.3.1  德拜介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系      1.3.2  洛倫茲介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系  1.4  電磁波在色散介質(zhì)中的傳播    1.4.1  麥克斯韋方程組與本構(gòu)關(guān)系    1.4.2  耗散介質(zhì)中電磁波的傳播  1.5  各向同性電色散介質(zhì)中電磁波的傳播  1.6  磁等離子體中平行于磁場傳播的電磁波    1.6.1  無碰撞磁等離子體中平行于磁場傳播的電磁波    1.6.2  碰撞對磁等離子體中平行于磁場傳播電磁波的影響  1.7  磁等離子體中垂直于磁場傳播的電磁波    1.7.1  無碰撞磁等離子體中垂直于磁場傳播的電磁波    1.7.2  碰撞對磁等離子體中垂直于磁場傳播電磁波的影響    參考文獻(xiàn)第2章  RFDTD方法的基本原理  2.1  FDTD的發(fā)展  2.2  直角坐標(biāo)系中FDTD方法    2.2.1  麥克斯韋方程和Yee元胞    2.2.2  Yee算法一維情形    2.2.3  Yee算法二維情形    2.2.4  Yee算法三維情形  2.3  FDTD的數(shù)值穩(wěn)定性與誤差分析    2.3.1  數(shù)值穩(wěn)定性    2.3.2  數(shù)值色散    2.3.3  數(shù)值色散的定量估算  2.4  FDTD方法的幾個關(guān)鍵問題    2.4.1  吸收邊界條件    2.4.2  激勵源    2.4.3  近一遠(yuǎn)場變換    2.4.4  時域到頻域的變換    參考文獻(xiàn)第3章  各向同性色散介質(zhì)中的FDTD方法  3.1  各向同性色散介質(zhì)的RC-FDTD方法    3.1.1  RC-FDTD方法的基本原理和公式    3.1.2  幾種色散介質(zhì)的遞歸卷積項迭代公式    3.1.3  等離子體RC-FDTD方法的有效性驗證  3.2  各向同性色散介質(zhì)的PLRC-FDTD方法    3.2.1  PLRC-FDTD方法的基本原理和公式    3.2.2  幾種色散介質(zhì)的遞歸卷積項迭代公式    3.2.3  PLRC-FDTD方法的有效性和精度    3.3  非磁化等離子體的TRC-FDTD方法    3.3.1  非磁化等離子體TRC-FDTD方法的基本原理和公式    3.3.2  非磁化等離子體TRC-FDTD方法有效性驗證  3.4  各向同性色散介質(zhì)的ADE-FDTD方法  3.5  各向同 性色散介質(zhì)的JEC-FDTD方法    3.5.1 JEC-FDTD方法原理及公式      3.5.2  JEC-FDTD方法和RC-FDTD方法的關(guān)系    3.6  各向同性色散介質(zhì)的PLJERC-FDTD方法    3.6.1  PLJERC-FDTD方法原理及公式    3.6.2  PLJERC-FDTD方法的有效性和精度    3.6.3  等離子體PLJERC-FDTD方法的算例  3.7  等離子體介質(zhì)的Young氏直接積分FDTD方法  3.8  等離子體高階FDTD方法    3.8.1  等離子體高階FDTD基本公式    3.8.2  算法的有效性和精度    3.8.3  碰撞等離子體的高階FDTD方法  3.9  SO-FDTD方法    3.9.1  SO-FDTD方法原理和公式    3.9.2  SO-FDTD方法驗證    3.10  RKETD-FDTD方法    3.10.1  RKETD-FDTD方法原理及公式      3.10.2  算法的有效性和精度  3.11  ME-FDTD方法    3.11.1  ME-FDTD方法原理與公式    3.11.2  等離子體ME-FDTD方法的有效性驗證  3.12  幾種色散介質(zhì)算法的數(shù)值色散和耗散誤差比較    3.12.1  一維情況    3.12.2  二維情況    3.12.3  三維情況  3.13  無條件穩(wěn)定的FDTD方法    3.13.1  ADI-FDTD原理及公式    3.13.2  ADH-FDTD方法中PML吸收邊界條件  3.14  等離子體的ADH-FDTD方法    3.14.1  等離子體ADI-FDTD公式    3.14.2  等離子體ADH-FDTD公式的穩(wěn)定性分析  3.15  等離子體CDRC-ADH-FDTD方法    3.15.1  等離子體的CDRC-ADI-FDTD原理與公式    3.15.2  CDRC-ADI-FDTD方法驗證  3.16  色散介質(zhì)Z變換ADI-FDTD方法    3.16.1  色散介質(zhì)z變換ADI-FDTD公式    3.16.2  色散介質(zhì)Z變換ADI-FDTD法驗證  3.17  等離子體PLJERC-ADI-FDTD方法    3.17.1  等離子體PLJERC-ADI-FDTD原理與公式    3.17.2  等離子體中PLJERC-ADI-FDTD方法驗證    3.17.3  等離子體三維PLJERC-ADHADI-FDTD公式    3.17.4  三維PLJERC-ADHADI-FDTD方法驗證  3.18  等離子體高階ADI-FDTD方法    3.18.1  等離子體高階ADI-FDTD原理及公式    3.18.2  高階AADI-FDTD方法數(shù)值穩(wěn)定性分析    3.18.3  等離子體高階ADI-FDTD方法數(shù)值色散誤差分析    參考文獻(xiàn)第4章  電磁波在各向異性色散介質(zhì)中傳播的FDTD方法  4.1  磁等離子體的RC-FDTD方法    4.1.1  RC-FDTD基本方程及原理    4.1.2  RC-FDTD方法的有效性與實例  4.2  磁等離子體RC-FDTD方法    4.2.1  PLRC-FDTD基本原理及方程    4.2.2  算法的有效性與實例  4.3  磁等離子體TRC-FDTD方法    4.3.1  磁等離子體TRGFDTD方法原理與公式    4.3.2  離散情況下磁等離子體三維TRC-FDTD迭代公式    4.3.3  磁等離子體TRCRC-FDTD方法有效性驗證  4.4  磁等離子體JEC-FDTD方法    4.4.1  JEC-FDTD方法基本原理及方程    4.4.2  算法的有效性驗證  4.5  磁等離子體ADE-FDTD方法    4.5.1  ADE-FDTD方法基本原理及方程    4.5.2  算法的有效性驗證  4.6  磁等離子體PLJERC-FDTD方法    4.6.1 PLJER-FDTD方法基本原理及方程    4.6.2  算法的有效性和精度  4.7  磁等離子體SO-FDTD方法    4.7.1  磁等離子體SO-FDTD方法公式    4.7.2  算法的有效性和精度  4.8  磁等離子體的Young氏直接積分方法    4.8.1  磁等離子體的Young氏直接積分方法公式    4.8.2  算法的有效性和精度  4.9  時變磁等離子體的直接積分FDTD方法    4.9.1  時變磁等離子體的直接積分FDTD方法原理及公式      4.9.2  完全導(dǎo)體邊界條件    4.9.3  算法的有效性  4.10  磁等離子體的改進(jìn)的PLJERC-FDTD方法    4.10.1  改進(jìn)的PLJERC-FDTD方法原理及公式    4.10.2  算法的有效性和精度  4.11  磁等離子體RKETD-FDTD方法及有效性驗證    4.11.1  磁等離子體RKETD-FDTD方法原理及公式    4.11.2  磁等離子體RKETD-IFDTD方法的有效性驗證    4.11.3  磁等離子體體RKETD-IFDTD方法的數(shù)值色散誤差及穩(wěn)定性分析  參考文獻(xiàn)第5章  色散介質(zhì)體FDTD應(yīng)用    5.1  色散FDTD計算等離子體涂覆目標(biāo)電磁散射    5.1.1  一維目標(biāo)等離子涂覆目標(biāo)電磁散射特性    5.1.2  二維等離子體涂覆目標(biāo)電磁散射特性    5.1.3  三維等離子體涂覆目標(biāo)電磁散射特性    5.1.4  不均勻非磁化等離子體涂覆復(fù)雜三維目標(biāo)的雷達(dá)散射截面  5.2  FDTD分析等離子體光子晶體帶隙特性    5.2.1  均勻分布等離子體光子晶體的光子帶隙特性    5.2.2  非均勻分布等離子體光子晶體光子帶隙特性    5.2.3  基于法拉第效應(yīng)磁等離子體光子晶體光子帶隙特性    5.2.4  基于橫磁效應(yīng)磁等離子體光子晶體的光子帶隙特性    5.2.5  基于可調(diào)等離子體缺陷層等離子體光子晶體的濾波特性分析  參考文獻(xiàn)

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