国外电子与电气工程技术丛书·电磁场与波：电磁材料及MATLAB计算 [Electromagnetic Waves，Materials，and Computation with MATLAB] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　《国外电子与电气工程技术丛书·电磁场与波：电磁材料及MATLAB计算》借助MATLAB，采用一种综合的现代方法来阐述电磁波的相关概念，给出了用于求解各种问题的许多新颖计算方法，所涉及的知识面极其广泛。其中包含简单媒质中电磁场的一维、二维和三维问题的时谐方程、波传播的解及其应用，复杂媒质（复杂材料、人工电磁材料、色散媒质、等离子体、运动媒质）中电磁场方程和计算方法，电磁场问题的计算方法（有限差分法、矩量法、有限元法以及时域有限差分法），诸多附录（涵盖一系列相关专题和技术）以及大量习题等内容。

作者简介

Dikshitulu K.Kalluri博士，是马萨诸塞大学洛厄尔分校电气与计算机工程系的教授。他在威斯康星大学麦迪逊分校获得电气工程硕士学位，并在堪萨斯大学劳伦斯校区获得电气工程博士学位。Kalluri博士是电磁材料与光学系统领域中的国际知名学者，在复杂媒质研究方面是世界所公认的开拓者，有很高的造诣。先后与劳伦斯伯克利实验室、加利福尼亚洛杉矶大学、南加利福尼亚大学和田纳西大学的研究小组进行过合作研究。从1984年开始，他任教于马萨诸塞大学洛厄尔分校，担任电磁材料与光学系统（CEMOS)中心的联席主任，并组建了电磁学和复杂媒质研究实验室。Kalluri博士是电子和电信工程师学会的会士，同时也是Eta Kappa Nu荣誉协会和SigmaXi专业协会的会员，发表了多篇学术论文和综述文章。

内页插图

目录

出版者的话

译者序

前言

第一部分　有界简单媒质中的电磁场

第1章　简单媒质中的电磁场

1.1　引言

1.2　简单媒质

1.3　时变电磁学

1.4　时谐场

1.5　准静态和静态近似

第2章　简单媒质中的电磁场：一维问题的解

2.1　无源媒质中的均匀平面波(ρV=0，J源体积=0)

2.2　良导体近似

2.3　良导体中的均匀平面波：趋肤效应

2.4　PEC和电介质分界面上的边界条件

2.5　交流电阻

2.6　圆导线的交流电阻

2.7　电压和电流正弦波：传输线

2.8　有限长度传输线

2.9　电磁波极化

2.10　波沿任意传播方向

2.11　波的反射

2.12　p波的入射：平行极化情况

2.13　s波的入射：垂直极化情况

2.14　临界角和表面波

2.15　一维柱面波和贝塞尔函数

参考文献

第3章　二维问题和波导

3.1　直角坐标系中的二维解

3.2　矩形波导中的TMmn模式

3.3　矩形波导中的TEmn模式

3.4　矩形波导中的主模：TE10模式

3.5　波导中的功率流：TE10模式

3.6　由非理想导体和电介质引起的TE10模式的衰减

3.7　圆柱波导：TM模式

3.8　圆柱波导：TE模式

3.9　扇形波导

3.10　电介质圆柱波导--光纤

参考文献

第4章　三维问题的解

4.1　PEC边界矩形腔：TM模式

4.2　PEC边界矩形腔：TE模式

4.3　空腔的Q值

参考文献

第5章　球面波及其应用

5.1　半积分型贝塞尔函数

5.2　标量亥姆霍兹方程的解

5.3　矢量亥姆霍兹方程

5.4　TMr模式

5.5　TEr模式

5.6　球形腔

第6章　拉普拉斯方程：静态和低频近似

6.1　一维问题的解

6.2　二维问题的解

6.3　三维问题的解

参考文献

第7章　关于波的其他问题

7.1　群速度vg

7.2　格林函数

7.3　网络公式

7.4　周期介质的阻带

7.5　辐射

7.6　散射

7.7　衍射

参考文献

第二部分　复杂媒质中的电磁场

第8章　复杂材料的电磁模型

8.1　电偶极子体分布

8.2　频变介电常数

8.3　金属模型

8.4　等离子体媒质

8.5　电介质的极化

8.6　混合方程

8.7　良导体和半导体

8.8　理想导体和超导体

8.9　磁性材料

参考文献

第9章　人工电磁材料

9.1　人工电介质和等离子体模拟

9.2　左手材料

9.3　手性介质

参考文献

第10章　各向同性冷等离子体中的波：色散媒质

10.1　基本方程

10.2　电介质与电介质空间分界面

10.3　半空间等离子体的反射

10.4　等离子体平板的反射

10.5　穿过等离子体平板的功率隧道

10.6　非均匀等离子体平板问题

10.7　等离子体层的周期分布

10.8　表面波

10.9　半空间等离子体的暂态响应

10.10　孤波

参考文献

第11章　空间色散和热等离子体

11.1　可压缩气体中的波

11.2　热等离子体中的波

11.3　有损热等离子体的本构关系

11.4　无损热等离子体的电介质模型

11.5　有损热等离子体的导体模型

11.6　空间色散和非局域金属光学

11.7　等离子态的技术定义

参考文献

第12章　各向异性媒质和磁等离子体中的波

12.1　引言

12.2　各向异性冷等离子体媒质的基本场方程

12.3　一维方程：纵向传播及L波和R波

12.4　一维方程：横向传播及O波

12.5　一维解：横向传播及X波

12.6　有损磁等离子体媒质的介电张量

12.7　磁等离子体层的周期分布

12.8　表面磁等离子体

12.9　周期介质中的表面磁等离子体

12.10　磁导率张量

参考文献

第13章　各向异性晶体中的光波

13.1　双轴晶体中波沿主轴的传播

13.2　沿任意方向波的传播

13.3　沿任意方向波的传播：单轴晶体

13.4　k曲面

13.5　群速度作为极角的函数

13.6　各向异性半空间的反射

参考文献

第14章　运动媒质中的电磁场

14.1　引言

14.2　斯涅尔定律

14.3　伽利略变换

14.4　洛伦兹变换

14.5　洛伦兹标量、矢量和张量

14.6　四维空间中的电磁场方程

14.7　电磁场的洛伦兹变换

14.8　频率变换和相位不变性

14.9　运动平面的反射

14.10　运动电介质的本构关系

14.11　相对论粒子动力学

14.12　等离子体的参数变换

14.13　运动等离子体平板的反射

14.14　运动等离子体媒质的布儒斯特角和临界角

14.15　垂直于入射面运动的约束等离子体

14.16　运动等离子体的波导模式

14.17　运动等离子体媒质的脉冲响应

参考文献

第三部分　电磁计算

第15章　引言和一维问题

15.1　电磁场问题：微分和积分方程

15.2　离散化和代数方程组

15.3　一维问题

参考文献

第16章　二维问题

16.1　有限差分方法

16.2　迭代解法

16.3　有限元方法

16.4　二维泊松方程的有限元方法

16.5　均匀波导问题的有限元方法

16.6　传输线的特性阻抗：有限元方法

16.7　矩量法：二维问题

16.8　矩量法：散射问题

参考文献

第17章　有限元方法的高级专题

17.1　基于节点和棱边的有限元方法

17.2　弱形式和加权余量法

17.3　非均匀波导问题

17.4　开放边界、吸收边界、条件和散射问题

17.5　三维问题

参考文献

第18章　利用多个单元分析脊形波导

18.1　均匀脊形波导

18.2　非均匀波导

第19章　时域有限差分法

19.1　真空中的传输线

19.2　时域有限差分解

19.3　数值色散

19.4　非均匀、非色散媒质中的波：FDTD解

19.5　非均匀、色散媒质中的波

19.6　德拜材料中的波：FDTD解

19.7　稳定极限和courant条件

19.8　开放边界

19.9　激励源

19.10　频率响应

参考文献

第20章　电磁脉冲与开关等离子体平板相互作用的时域有限差分法模拟

20.1　引言

20.2　FDTD方程的建立

20.3　连续波与开关等离子体平板的相互作用

20.4　脉冲波与开关等离子体平板的相互作用

参考文献

第21章　基于微扰和变分技术的近似解析方法

21.1　空腔的微扰

21.2　变分技术和稳定公式

参考文献

第四部分　附录

附录1A　矢量公式和坐标系

附录1B　滞后位和静态位

附录1C　坡印廷定理

附录1D　麦克斯韦方程的低频近似：R、L、C和忆阻器M

附录2A　当趋肤深度δ与导线半径a可比拟时圆导线的交流电阻

附录2B　传输线：功率计算

附录2C　史密斯圆图简介

附录2D　非均匀传输线

附录4A　高频时良导体中的损耗计算：表面电阻RS

附录6A　受限傅里叶级数的展开

附录7A　二维和三维格林函数

附录9A　热等离子体媒质的实验模拟

附录9B　波在手性媒质中的传播

附录10A　表面波激励引起等离子体羽衣的反向散射

附录10B　电磁辐射的经典光子理论

附录10C　时变媒质中的光子加速

附录11A　夹在两半无限大电介质之间的热各向同性等离子体平板的薄膜反射特性

附录11B　非均匀热磁等离子体中波的一阶耦合微分方程

附录11C　热漂移单轴电子等离子体的波导模式

附录12A　法拉第旋转与自然旋转

附录12B　铁氧体和磁导率张量

附录14A　电磁波与运动有界等离子体的相互作用

附录14B　平面电磁波斜入射到运动媒质时所产生的辐射压力

附录14C　斜入射在相对运动单轴等离子体平板上的电磁波的反射和透射

附录14D　以相对论速度运动的等离子体媒质的布儒斯特角

附录14E　运动等离子体对电磁波的全反射

附录14F　电磁波与垂直于入射面运动的有界等离子体间的相互作用

附录16A　MATLAB程序

附录16B　余切公式

附录16C　诺依曼边界条件：有限元方法

附录16D　标准面积积分

附录16E　求场问题解的数值方法

附录17A　场奇异性问题

附录18A　输入数据

附录18B　主程序

附录18C　函数程序

附录21A　复坡印廷定理

第五部分　习题

习题

书目资源列表

前言/序言

　　有关电磁学的科目至今仍然是电气工程（EE）专业本科阶段的一门核心课程，然而在大多数美国大学中，电磁学的教学课时被缩减到原来的一半（以一门3学分的课程取代了过去的两门课程）。现在拥有电气工程学士学位的毕业生，在更短的时间内匆忙地学习与以前同样的课程内容，常常会忽略对基本概念的理解，而是去记忆大量的公式，他们把这些公式看作基于书中例题来进行计算的窍门。其中有些人幸运地选修了微波技术、RF设计、天线或光纤等后续课程，这样部分地加强了对某一应用领域的理解。利用很容易获得的商业软件，在没有从概念上理解预期的解决方案的条件下，就可以进行程序计算和设计。商业软件是用户友好的以至于我们通常得到一个绚丽多彩的形象化解，即使它是该物理问题的一个错误模拟。毕业后，在新工作中，受到老板一两次温和的斥责时，新毕业的学生才会认识到需要知道要模拟的合适的模型是什么以及期望什么样的定性结果。尽管软件是非常有用的，但是它却不可能代替人们对求解问题时所涉及的每一步骤从概念上的理解。幸运的是，对于新毕业的学生来说，或许有这样一个大学，它提供研究生课程，并且有一个专门的教师或教授，他知道这些被一些顶级公司录用的聪明学生并不比在公司里已经工作了一二十年的老员工笨。另一方面，他们能够轻松自如、非常娴熟地使用计算机与在线资源。他们愿意挑战自己，迅速学会用概念和分析而不是程序计算来思考问题；然而，他们想通过学习一些实例来把所学到的知识与技术应用相结合。除此之外，当发现他们在某一技术领域所深入学到的技术能够应用于另一个具有相同工程科学基础的技术领域时，他们感到很有趣，科技的各个领域之间往往是相通的，电磁理论也是一样。在专门研究以电磁理论为基础的某一技术领域之前，这样的研究生抽不出时间选修超过一门或两门研究生电磁场课程，即使他们本身喜爱电磁场理论。

　　电磁理论是传统的学科，在这方面已经出版了许多优秀的教材。从事电磁学教学和研究的很多人都曾受益于基于经典教材的研究生课程，这些都相当于未商品化的电磁学软件。对于那些依旧喜欢这种传统的电磁场学习和研究方法的人，我们仍然建议他们在两到三年的时间里认真学习这些研究生教材，通过全面掌握所有专题的数学处理方法获得启发。

　　我认为相对于物理专业的学生来说，在给电气工程专业学生讲授电磁场时，可以在所讲授的材料方面做一些巧妙的变化。第一个变化就是利用电气专业学生很强的电路基础知识，把传输线处理为分布参数电路。

　　以下是在选取本书中第一部分到第五部分内容时有关动机、论据和一般主题的一些想法。

　　1）作为分布参数电路，传输线是集总参数电路理论的一种必然推广和延伸。对于电气工程师来说，以电压和电流作为独立变量的传输线上的标量波并不是那样抽象，并给出了适合于电气工程师思考问题的基本框架。传输线比拟，即使它们不是物理上的（人工），似乎也有助于电气工程师掌握更抽象的概念。

　　2）我已经擅自把简单电磁媒质定义为e、u和o都是标量常数的一种媒质。这对应于电路中的集总参数描述，例如，电容C、电感L、电导G或电阻R的定义。它也大致相当于通常在本科生课程中所求解的问题。某些纯粹的理论学者会反对这个定义。

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