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等离子体介质电磁特性时域有限差分方法及应用

等离子体介质电磁特性时域有限差分方法及应用
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作者: 著 , 著 , 著 , 著 , 著
出版社: 科学出版社
2015-11
版次: 1
ISBN: 9787030461605
定价: 148.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 386页
字数: 486千字
正文语种: 简体中文
分类: 自然科学
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  • 　　复杂色散介质的电磁特性问题，特别是等离子体介质的研究是当前国内外研究的前沿热点之一，其研究对国家民用和国防应用领域具有重要价值。目前研究复杂等离子体介质主要的数值方法是时域有限差分（FDTD）方法。《等离子体介质电磁特性时域有限差分方法及应用》主要在前人研究FDTD方法的基础上提出了一种基于拉氏变换的FDTD方法，应用该方法分析了非时变及时变等离子体电磁特性。研究了FDTD方法中NPML吸收边界及其截断等离子体色散介质改进形式，并将UPML吸收边界条件推广应用于截断色散等离子体介质。提出了一种等离子体薄涂层电磁散射的SIBCs-FDTD方法。利用前面的方法分析了一维和二维（含空变）等离子体光子晶体的带隙特性及周期金属纳米结构表面等离子体激元的相关特性。
    　　《等离子体介质电磁特性时域有限差分方法及应用》可供高／等院校和科研院所的电磁场与微波技术、无线电物理、电波传播、计算电磁学等专业及研究方向上的研究生、学科教师和科研工作者参考和使用。 第1章 FDTD基本原理
    1．1 麦克斯韦方程组及其离散化
    1．2 FDTD基本点及基本计算区
    1．3 数值稳定性
    参考文献

    第2章 等离子体电磁特性的时域算法
    2．1 一维等离子体FDTD算法
    2．1．1 磁化等离子体的FDTD算法
    2．1．2 CDlT-FDTD算法
    2．1．3 LTJEC-FDTD算法
    2．1．4 算例验证
    2．1．5 非磁化等离子体的FDTD算法
    2．2 三维等离子体FDFD算法
    2．2．1 磁化等离子体的FDTD算法
    2．2．2 非时变磁化等离子体的FDFD算法
    2．2．3 非时变磁化等离子体的FDTD算法的数值验证
    2．2．4 时变磁化等离子体的FDTD算法
    2．2．5 时变磁化等离子体的FDTD算法的数值验证
    2．2．6 非磁化等离子体的FDTD算法
    参考文献

    第3章 截断普通介质NPML吸收边界
    3．1 NPML方法
    3．1．1 NPML方法的提出
    3．1．2 电磁波在NPML吸收边界中的传输特性
    3．1．3 基于拉伸坐标系的NPML吸收边界正确性验证
    3．1．4 NPML吸收边界中不同区域的处理
    3．2 截断普通介质的一维NPML吸收边界条件
    3．3 截断普通介质的二维NPML吸收边界条件
    3．4 截断普通介质的三维NPML吸收边界条件
    3．4．1 普通介质的FDTD递推式
    3．4．2 三维NPML吸收边界FDTD离散式的推导
    3．4．3 算例验证与分析
    参考文献

    第4章 截断色散介质NPML吸收边界
    4．1 截断等离子体的一维M-NPML吸收边界条件
    4．1．1 等离子体的一维FDTD递推式
    4．1．2 基于拉普拉斯变换原理的电流密度FDTD迭代式
    4．1．3 截断等离子体的一维M-NPML吸收边界递推式
    4．1．4 算例验证与分析
    4．2 截断等离子体的二维M-NPML吸收边界条件
    4．2．1 等离子体的二维FDTD公式
    4．2．2 截断等离子体的二维M-NPML吸收边界的公式
    4．2．3 算例验证与分析
    4．3 截断磁化等离子体的三维M-NPML吸收边界条件
    4．3．1 磁化等离子体的三维FDTD公式
    4．3．2 截断等离子体的三维M-NPML吸收边界公式
    4．3．3 算例验证与分析
    参考文献

    第5章 截断各向异性介质NPML吸收边界
    5．1 NPML吸收边界截断半空间各向异性介质原理
    5．2 截断半空间各向异性介质的一维NPML吸收边界条件
    5．2．1 各向异性介质的一维FDTD递推式
    5．2．2 截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD电场分量递推式
    5．2．3 截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD磁场分量递推式
    5．2．4 截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD拉伸变量递推式
    5．2．5 截断半空间各向异性介质算例分析
    5．3 截断各向异性介质的二维NPML吸收边界条件
    5．3．1 各向异性介质的二维FDTD递推式
    5．3．2 截断各向异性介质的二维TE波NPML吸收边界递推式
    5．3．3 截断各向异性介质的二维TM波NPML吸收边界递推式
    5．3．4 截断各向异性介质的二维NPML吸收边界算例分析
    5．4 截断各向异性介质的三维NPML吸收边界条件
    5．4．1 各向异性介质的三维时域差分方程
    5．4．2 截断各向异性介质的三维NPML吸收边界：电场迭代式
    5．4．3 截断各向异性介质的三维NPML吸收边界：磁场迭代式
    5．4．4 NPML中辅助方程的FDTD迭代式及不同区域的处理
    5．4．5 数值算例验证
    参考文献

    第6章 色散介质M-UPML吸收边界
    6．1 等离子体中麦克斯韦方程组
    6．2 等离子体M-UPML吸收边界理论
    6．2．1 M-UPML吸收边界电场公式
    6．2．2 M-UPML吸收边界磁场公式
    6．3 卷积处理及公式离散
    6．3．1 卷积处理
    6．3．2 FDTD离散公式
    6．4 算法验证与分析
    6．4．1 一维算例验证
    6．4．2 三维算例验证
    参考文献

    第7章 非时变等离子体中电磁波的电磁散射特性
    7．1 非磁化等离子体电磁散射特性
    7．1．1 不同等离子体碰撞频率下电磁散射特性分析
    7．1．2 不同等离子体频率下电磁散射特性分析
    7．2 磁化等离子体电磁散射特性
    7．2．1 不同等离子体碰撞频率下电磁散射特性分析
    7．2．2 不同等离子体频率下电磁散射特性分析
    参考文献

    第8章 等离子体薄层涂覆导体目标磁散射的SIBCs-FDTD方法
    8．1 并置SIBCs-FDTD方法
    8．1．1 表面阻抗边界条件在FDTD方法中的运用
    8．1．2 并置节点原理的提出
    8．2 电磁波垂直入射到涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法
    8．2．1 涂覆导体的时域表面阻抗边界条件
    8．2．2 表面阻抗边界条件在FDTD方法中的实现
    8．2．3 电磁波垂直入射到涂覆导体的数值算例
    8．3 电磁波斜入射到涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法
    8．3．1 电磁波斜入射到涂覆导体的时域表面阻抗表达式
    8．3．2 并置节点表面阻抗边界条件公式在FDTD中的实现
    8．3．3 平行极化电磁波斜入射到涂覆导体一维算例的验证
    8．3．4 垂直极化电磁波斜入射到涂覆导体一维算例的验证
    8．4 非磁化等离子体涂覆金属目标的并置SIBCs-FDTD方法
    8．4．1 金属表面涂覆非磁化等离子体薄涂层的表面阻抗模型
    8．4．2 表面阻抗边界条件公式在时域中的推导
    8．4．3 三维并置节点SIBCs-FDTD迭代公式
    8．4．4 算例验证与分析
    参考文献

    第9章 时变等离子体中电磁波电磁特性
    9．1 一维瞬变等离子体的算法验证与数值分析
    9．1．1 一维瞬变等离子体电磁特性解析解的推导
    9．1．2 FDTD算法验证与数值分析
    9．2 一维缓变磁化等离子体的算法验证与数值分析
    9．2．1 一维缓变等离子体电磁特性的理论分析
    9．2．2 FDTD算法验证与数值分析
    9．3 一维复杂变化等离子体的算法验证与数值分析
    9．3．1 一维复杂变化等离子体电磁特性的理论分析
    9．3．2 算法验证与数值分析
    9．4 一维部分填充时变等离子体对电磁波的频域影响
    9．4．1 部分填充非时变等离子体
    9．4．2 部分填充瞬变等离子体
    9．4．3 部分填充复杂时变非磁化等离子体
    9．4．4 部分填充复杂时变磁化等离子体
    9．5 三维谐振腔中填充时变等离子体后的特性
    9．5．1 瞬变非磁化等离子体情形
    9．5．2 瞬变磁化等离子体情形
    9．5．3 缓变非磁化等离子体情形
    9．5．4 缓变磁化等离子体情形
    9．6 时变等离子体目标的电磁散射特性分析
    9．6．1 时变非磁化等离子体球的电磁散射特性
    9．6．2 时变磁化等离子体球的电磁散射特性
    9．6．3 时变非磁化等离子体涂覆金属球的电磁散射特性
    9．6．4 时变磁化等离子体涂覆金属球的电磁散射特性
    9．6．5 时变非磁化等离子体涂覆导弹的电磁散射特性
    9．6．6 时变磁化等离子体涂覆导弹的电磁散射特性
    参考文献

    第10章 一维等离子体光子晶体带隙特性
    第11章 二维等离子体光子晶体带隙特性
    第12章 周期金属纳米结构表面等离子体激元
    附录A
    附录B
    附录C
    附录D
    附录E 等效输入阻抗公式推导
    附录F 基于平面波的散射矩阵方法
    F．1 TMz波
    F．2 TEz波
  • 内容简介:
    　　复杂色散介质的电磁特性问题，特别是等离子体介质的研究是当前国内外研究的前沿热点之一，其研究对国家民用和国防应用领域具有重要价值。目前研究复杂等离子体介质主要的数值方法是时域有限差分（FDTD）方法。《等离子体介质电磁特性时域有限差分方法及应用》主要在前人研究FDTD方法的基础上提出了一种基于拉氏变换的FDTD方法，应用该方法分析了非时变及时变等离子体电磁特性。研究了FDTD方法中NPML吸收边界及其截断等离子体色散介质改进形式，并将UPML吸收边界条件推广应用于截断色散等离子体介质。提出了一种等离子体薄涂层电磁散射的SIBCs-FDTD方法。利用前面的方法分析了一维和二维（含空变）等离子体光子晶体的带隙特性及周期金属纳米结构表面等离子体激元的相关特性。
    　　《等离子体介质电磁特性时域有限差分方法及应用》可供高／等院校和科研院所的电磁场与微波技术、无线电物理、电波传播、计算电磁学等专业及研究方向上的研究生、学科教师和科研工作者参考和使用。
  • 目录:
    第1章 FDTD基本原理
    1．1 麦克斯韦方程组及其离散化
    1．2 FDTD基本点及基本计算区
    1．3 数值稳定性
    参考文献

    第2章 等离子体电磁特性的时域算法
    2．1 一维等离子体FDTD算法
    2．1．1 磁化等离子体的FDTD算法
    2．1．2 CDlT-FDTD算法
    2．1．3 LTJEC-FDTD算法
    2．1．4 算例验证
    2．1．5 非磁化等离子体的FDTD算法
    2．2 三维等离子体FDFD算法
    2．2．1 磁化等离子体的FDTD算法
    2．2．2 非时变磁化等离子体的FDFD算法
    2．2．3 非时变磁化等离子体的FDTD算法的数值验证
    2．2．4 时变磁化等离子体的FDTD算法
    2．2．5 时变磁化等离子体的FDTD算法的数值验证
    2．2．6 非磁化等离子体的FDTD算法
    参考文献

    第3章 截断普通介质NPML吸收边界
    3．1 NPML方法
    3．1．1 NPML方法的提出
    3．1．2 电磁波在NPML吸收边界中的传输特性
    3．1．3 基于拉伸坐标系的NPML吸收边界正确性验证
    3．1．4 NPML吸收边界中不同区域的处理
    3．2 截断普通介质的一维NPML吸收边界条件
    3．3 截断普通介质的二维NPML吸收边界条件
    3．4 截断普通介质的三维NPML吸收边界条件
    3．4．1 普通介质的FDTD递推式
    3．4．2 三维NPML吸收边界FDTD离散式的推导
    3．4．3 算例验证与分析
    参考文献

    第4章 截断色散介质NPML吸收边界
    4．1 截断等离子体的一维M-NPML吸收边界条件
    4．1．1 等离子体的一维FDTD递推式
    4．1．2 基于拉普拉斯变换原理的电流密度FDTD迭代式
    4．1．3 截断等离子体的一维M-NPML吸收边界递推式
    4．1．4 算例验证与分析
    4．2 截断等离子体的二维M-NPML吸收边界条件
    4．2．1 等离子体的二维FDTD公式
    4．2．2 截断等离子体的二维M-NPML吸收边界的公式
    4．2．3 算例验证与分析
    4．3 截断磁化等离子体的三维M-NPML吸收边界条件
    4．3．1 磁化等离子体的三维FDTD公式
    4．3．2 截断等离子体的三维M-NPML吸收边界公式
    4．3．3 算例验证与分析
    参考文献

    第5章 截断各向异性介质NPML吸收边界
    5．1 NPML吸收边界截断半空间各向异性介质原理
    5．2 截断半空间各向异性介质的一维NPML吸收边界条件
    5．2．1 各向异性介质的一维FDTD递推式
    5．2．2 截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD电场分量递推式
    5．2．3 截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD磁场分量递推式
    5．2．4 截断各向异性介质的一维NPML吸收边界FDTD拉伸变量递推式
    5．2．5 截断半空间各向异性介质算例分析
    5．3 截断各向异性介质的二维NPML吸收边界条件
    5．3．1 各向异性介质的二维FDTD递推式
    5．3．2 截断各向异性介质的二维TE波NPML吸收边界递推式
    5．3．3 截断各向异性介质的二维TM波NPML吸收边界递推式
    5．3．4 截断各向异性介质的二维NPML吸收边界算例分析
    5．4 截断各向异性介质的三维NPML吸收边界条件
    5．4．1 各向异性介质的三维时域差分方程
    5．4．2 截断各向异性介质的三维NPML吸收边界：电场迭代式
    5．4．3 截断各向异性介质的三维NPML吸收边界：磁场迭代式
    5．4．4 NPML中辅助方程的FDTD迭代式及不同区域的处理
    5．4．5 数值算例验证
    参考文献

    第6章 色散介质M-UPML吸收边界
    6．1 等离子体中麦克斯韦方程组
    6．2 等离子体M-UPML吸收边界理论
    6．2．1 M-UPML吸收边界电场公式
    6．2．2 M-UPML吸收边界磁场公式
    6．3 卷积处理及公式离散
    6．3．1 卷积处理
    6．3．2 FDTD离散公式
    6．4 算法验证与分析
    6．4．1 一维算例验证
    6．4．2 三维算例验证
    参考文献

    第7章 非时变等离子体中电磁波的电磁散射特性
    7．1 非磁化等离子体电磁散射特性
    7．1．1 不同等离子体碰撞频率下电磁散射特性分析
    7．1．2 不同等离子体频率下电磁散射特性分析
    7．2 磁化等离子体电磁散射特性
    7．2．1 不同等离子体碰撞频率下电磁散射特性分析
    7．2．2 不同等离子体频率下电磁散射特性分析
    参考文献

    第8章 等离子体薄层涂覆导体目标磁散射的SIBCs-FDTD方法
    8．1 并置SIBCs-FDTD方法
    8．1．1 表面阻抗边界条件在FDTD方法中的运用
    8．1．2 并置节点原理的提出
    8．2 电磁波垂直入射到涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法
    8．2．1 涂覆导体的时域表面阻抗边界条件
    8．2．2 表面阻抗边界条件在FDTD方法中的实现
    8．2．3 电磁波垂直入射到涂覆导体的数值算例
    8．3 电磁波斜入射到涂覆导体的并置SIBCs-FDTD方法
    8．3．1 电磁波斜入射到涂覆导体的时域表面阻抗表达式
    8．3．2 并置节点表面阻抗边界条件公式在FDTD中的实现
    8．3．3 平行极化电磁波斜入射到涂覆导体一维算例的验证
    8．3．4 垂直极化电磁波斜入射到涂覆导体一维算例的验证
    8．4 非磁化等离子体涂覆金属目标的并置SIBCs-FDTD方法
    8．4．1 金属表面涂覆非磁化等离子体薄涂层的表面阻抗模型
    8．4．2 表面阻抗边界条件公式在时域中的推导
    8．4．3 三维并置节点SIBCs-FDTD迭代公式
    8．4．4 算例验证与分析
    参考文献

    第9章 时变等离子体中电磁波电磁特性
    9．1 一维瞬变等离子体的算法验证与数值分析
    9．1．1 一维瞬变等离子体电磁特性解析解的推导
    9．1．2 FDTD算法验证与数值分析
    9．2 一维缓变磁化等离子体的算法验证与数值分析
    9．2．1 一维缓变等离子体电磁特性的理论分析
    9．2．2 FDTD算法验证与数值分析
    9．3 一维复杂变化等离子体的算法验证与数值分析
    9．3．1 一维复杂变化等离子体电磁特性的理论分析
    9．3．2 算法验证与数值分析
    9．4 一维部分填充时变等离子体对电磁波的频域影响
    9．4．1 部分填充非时变等离子体
    9．4．2 部分填充瞬变等离子体
    9．4．3 部分填充复杂时变非磁化等离子体
    9．4．4 部分填充复杂时变磁化等离子体
    9．5 三维谐振腔中填充时变等离子体后的特性
    9．5．1 瞬变非磁化等离子体情形
    9．5．2 瞬变磁化等离子体情形
    9．5．3 缓变非磁化等离子体情形
    9．5．4 缓变磁化等离子体情形
    9．6 时变等离子体目标的电磁散射特性分析
    9．6．1 时变非磁化等离子体球的电磁散射特性
    9．6．2 时变磁化等离子体球的电磁散射特性
    9．6．3 时变非磁化等离子体涂覆金属球的电磁散射特性
    9．6．4 时变磁化等离子体涂覆金属球的电磁散射特性
    9．6．5 时变非磁化等离子体涂覆导弹的电磁散射特性
    9．6．6 时变磁化等离子体涂覆导弹的电磁散射特性
    参考文献

    第10章 一维等离子体光子晶体带隙特性
    第11章 二维等离子体光子晶体带隙特性
    第12章 周期金属纳米结构表面等离子体激元
    附录A
    附录B
    附录C
    附录D
    附录E 等效输入阻抗公式推导
    附录F 基于平面波的散射矩阵方法
    F．1 TMz波
    F．2 TEz波
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