内容简介：

本书主要讲述计算电磁学时域有限差分（FDTD）方法的工作原理、算法设计及其编程实现，涉及内容包括FDTD方法的特点和历史、电磁场基础理论、FDTD方法工作原理、仿真边界条件、电磁波激励算法、材料模拟算法、电磁仿真处理，以及典型电磁学和光学问题的编程仿真案例。本书最后配有一维、二维和三维电磁仿真案例的完整MATLAB源代码和注释说明，可供计算电磁学研究领域的读者学习和参考。

本书适合高等院校师生及科研院所专业人员从事计算电磁学领域的自主学习用书和科研参考书，也可作为电磁场与微波技术、无线电物理、光学工程等专业研究生和高年级本科生的教学参考书。

本书特色：

本书给出了计算电磁学时域有限差分法从原理、算法到编程的完整数值仿真步骤，提供了对应的完整MATLAB编程原始代码以及详尽的程序注释，极大方便了研究生和读者的学习和使用。首次实现了对物质本构仿真与麦克斯韦方程组旋度方程的独立编程，极大方便了对各类材料的模块化仿真和软件化程序设计，提高了程序的通用性和可移植性。同时，提供了数个具体的仿真案例，展示了基于FDTD方法解决实际电磁学和光子学问题的程序开发过程，提供了有助于研究生和读者理解和可视化的精美仿真图像。

前言：

时域有限差分（Finite-Difference Time-Domain,FDTD）法由美籍华裔K. S. Yee于1966年首次提出，是一种基于离散有限差分来近似代替连续偏导数推导得到麦克斯韦旋度方程的更新公式，并通过时域循坏迭代获得电磁场时空分布的数值计算方法。时域有限差分法（FDTD）是一种功能强大的时域电磁算法，通过一次仿真即可获得一定频带内被仿真器件的频率响应特性。同时，FDTD方法对应的各电磁分量更新公式中包含有被仿真媒质的电磁参量，只须赋予相应网格节点相应的材料参数，就能模拟各种具有复杂结构形状和复杂材料特性的电磁学和光学问题。近三十年来，随着计算机硬件技术的发展，FDTD方法的研究和应用得到了迅猛的发展，每年数以千计并且数量不断增长的关于时域有限差分方法的研究和工程应用文献足以验证这一点。由于该方法的易用性、通用性和实用性，FDTD方法已经成为了一种能有效解决各类电磁学和光学问题的数值计算工具，在计算电磁学、微波工程、光学工程等众多学科领域得到了广泛的应用。

本书共分为八章。第1章简要介绍了计算电磁学及其主要计算方法，重点阐述了时域有限差分法的基本特点、发展历史和应用领域，及其相比于其它计算电磁学方法的特色优势。第2章主要回顾了以麦克斯韦方程组和物质本构关系为代表的电磁场理论，为后续介绍FDTD方法打下坚实的电磁理论基础。第3章主要介绍了FDTD方法的工作原理，对有限差分格式近似计算连续导数、时空离散特点和空间网格剖分、麦克斯韦旋度方程的更新公式，以及FDTD方法的稳定性条件和仿真精度。第4章主要阐述了FDTD方法中可用于截断计算区域的三种边界条件，重点介绍了完全匹配层吸收边界条件。第5章主要介绍了FDTD方法的电磁波源，包括时谐电磁波源、脉冲电磁波源、平面电磁波源以及基于电流和磁流的电磁波激励算法。第6章主要讲述了各类材料的FDTD仿真算法，重点介绍了色散材料的各种高精度数值仿真算法。第7章主要讨论了FDTD仿真参数提取及仿真结果后处理，主要包括电磁波功率和能量参数的提取、电磁波电磁场时频域变换以及仿真过程和结果可视化编程。第8章展示了若干典型电磁学和光学问题的FDTD编程仿真案例，给出了一维、二维和三维电磁问题进行FDTD时域电磁仿真的完整MATLAB源代码、注释说明以及仿真结果。

本书的形成离不开作者在时域有限差分法领域十余年的学习和研究积累。作者首次接触时域有限差分法是2008年在瑞典皇家工学院做博士后期间，当时需要用FDTD方法实现对负折射率平板透镜成像特性的高精度数值模拟仿真。十余年来，作者一直利用FDTD方法从事电磁场数值计算领域的教学和科研工作，取得了诸多创新性研究成果，积累了丰富的FDTD方法算法开发及其MATLAB编程仿真经验。本书相比于其它FDTD图书的特色之处有：

（1）将旋度方程和物质本构关系的更新公式分离开来，从而极大方便了模块化编程；

（2）给出了原始的完整FDTD仿真MATLAB代码，并有详细的注释。

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