目錄
前言
第1章 電磁場分析中的數(shù)學基礎 1
1.1 矢量微分算符 1
1.1.1 標量場的方向?qū)��?shù)與梯度 1
1.1.2 矢量場的通量和散度 2
1.1.3 矢量場的環(huán)量與旋度 3
1.1.4 正交曲線坐標系中的矢量微分算符 4
1.1.5 矢量（場）分解定理 4
1.2 廣義函數(shù) 5
1.2.1 δ函數(shù) 6
1.2.2 亥維賽單位階躍函數(shù)與符號函數(shù) 7
1.2.3 三維δ 函數(shù) 7
1.2.4 廣義函數(shù)的正則化 8
1.3 格林函數(shù)法 9
1.3.1 格林公式 9
1.3.2 格林函數(shù)的物理意義和一般性質(zhì) 10
1.3.3 無界標量泊松方程問題中的格林函數(shù) 10
1.3.4 無界時諧波動問題中的格林函數(shù) 10
1.3.5 無界時域波動問題中的格林函數(shù) 11
1.4 加權余量法 12
1.4.1 加權余量法簡介 12
1.4.2 應用實例 12
1.5 邊界元法 14
1.5.1 邊界元法簡介 15
1.5.2 應用實例—三維標量泊松方程的邊界元解法 15
1.5.3 邊界元法實施過程中的奇異積分的處理 16
1.5.4 無奇異邊界元法 17
1.5.5 向量泊松方程 17
參考文獻 18
第2章 宏觀電磁場理論基礎 20
2.1 描述宏觀電磁場的基本方程組 20
2.1.1 麥克斯韋方程組 20
2.1.2 復數(shù)形式的麥克斯韋方程組 22
2.1.3 廣義形式的麥克斯韋方程 23
2.2 波動方程 23
2.2.1 原始變量表示的波動方程 23
2.2.2 勢函數(shù)形式的波動方程 25
2.3 電磁場理論的基本定理 27
2.3.1 解的唯一性定理 27
2.3.2 坡印亭定理 27
2.3.3 等效原理 27
2.4 齊次波動方程的解和基本波函數(shù) 28
2.4.1 標量波動方程和基本波函數(shù) 28
2.4.2 基本波函數(shù)的相互關系 30
2.4.3 矢量波動方程和矢量波函數(shù) 30
2.5 非齊次波動方程的積分表述 33
2.5.1 非齊次標量波動方程 33
2.5.2 非齊次矢量波動方程的積分解 33
2.6 計算電磁學中的矢量積分方程 34
2.6.1 自由空間中的麥克斯韋方程的解 34
2.6.2 金屬體散射問題積分方程的建立 35
參考文獻 36
第3章 麥克斯韋方程組的一致性分析 37
3.1 概述 37
3.2 關于麥克斯韋方程組求解的討論 39
3.2.1 哈爾姆斯問題 39
3.2.2 實驗研究與理論研究的脫節(jié) 39
3.2.3 計算電磁學的現(xiàn)狀 39
3.2.4 基準問題 40
3.2.5 國際國內(nèi)主要研究現(xiàn)狀 41
3.3 麥克斯韋方程組的一致性分析 41
3.3.1 旋度和散度是矢量場中不同性質(zhì)的源 42
3.3.2 關于規(guī)范條件 42
3.3.3 關于赫姆霍茲矢量分解定理 43
3.3.4 一個重要的特殊矢量恒等式 43
3.3.5 雙旋度算子和拉普拉斯算子 44
3.4 包含雙旋度算子的微分方程的一致性分析 44
3.4.1 電磁場經(jīng)典理論的微分方程與規(guī)范條件 44
3.4.2 協(xié)調(diào)條件 47
3.4.3 包含雙旋度算子的微分方程轉換的討論 50
3.4.4 理論驗證實例 50
3.4.5 電磁勢量為基本量的物理解釋 55
3.5 包含雙旋度算子的微分方程定解問題的恰當提法 57
3.5.1 包含雙旋度算子微分方程的定解對象 57
3.5.2 包含雙旋度算子的微分方程定解問題的數(shù)學提法 58
3.6 麥克斯韋方程組完善求解的標準 59
參考文獻 60
第4章 雙旋度泊松方程求解理論 62
4.1 雙旋度泊松方程的基本積分表述推導 62
4.1.1 基本積分表述的導出（格林函數(shù)法） 62
4.1.2 基本積分表述的導出（加權余量法） 64
4.2 雙旋度泊松方程的旋度積分表述推導 67
4.2.1 旋度積分表述推導（格林函數(shù)法） 67
4.2.2 旋度積分表述推導（求導） 69
4.2.3 旋度積分表述的導出（加權余量法） 69
4.3 雙旋度泊松方程的數(shù)學性質(zhì) 71
4.3.1 雙旋度泊松方程解的存在性和唯一性 71
4.3.2 雙旋度泊松方程解的欠定性（任意散度假設） 72
4.3.3 雙旋度泊松方程的協(xié)調(diào)性條件 74
4.3.4 雙旋度泊松方程的二維特征 74
4.3.5 雙旋度赫姆霍茲方程的勢分析 76
參考文獻 80
第5章 雙旋度泊松方程的數(shù)值驗證和實驗驗證 81
5.1 數(shù)值驗證問題介紹 81
5.1.1 理論驗證數(shù)學模型 81
5.1.2 實際物理模型 83
5.2 積分表述離散模型 84
5.2.1 邊界上的矢量分解 85
5.2.2 問題提法與離散格式 86
5.2.3 數(shù)值驗證結果 92
5.3 實驗過程與實驗平臺介紹 101
5.3.1 實驗研究過程 101
5.3.2 實驗平臺介紹 104
5.4 數(shù)值驗證與實驗驗證 105
5.4.1 積分表述與實際問題的離散形式 105
5.4.2 數(shù)值驗證和實驗驗證 109
5.5 邊界條件討論 117
參考文獻 119
第6章 雙旋度赫姆霍茲方程求解理論 120
6.1 雙旋度赫姆霍茲方程的基本積分表述推導 120
6.1.1 基本積分表述的導出（格林函數(shù)法） 120
6.1.2 基本積分表述的導出（加權余量法） 122
6.2 雙旋度赫姆霍茲方程的旋度積分表述推導 125
6.2.1 旋度積分表述推導（格林函數(shù)法） 125
6.2.2 旋度表述的另一種獲得方式（求導） 127
6.2.3 旋度積分表述的導出（加權余量法） 127
6.3 雙旋度赫姆霍茲方程的數(shù)學性質(zhì) 129
6.3.1 雙旋度赫姆霍茲方程解的存在性和唯一性 129
6.3.2 雙旋度赫姆霍茲方程解的欠定性（任意散度假設） 130
6.3.3 雙旋度赫姆霍茲方程的協(xié)調(diào)性條件 132
6.3.4 雙旋度赫姆霍茲方程的二維特征 133
6.3.5 雙旋度赫姆霍茲方程的勢分析 135
參考文獻 139
第7章 雙旋度赫姆霍茲方程數(shù)值求解與試驗驗證 140
7.1 數(shù)值驗證問題介紹 140
7.1.1 理論驗證數(shù)學模型 140
7.1.2 實驗驗證情況介紹 142
7.2 積分表述離散格式 146
7.2.1 旋度積分表述的離散格式 147
7.2.2 無奇異邊界元方法的離散格式 148
7.2.3 雙旋度赫姆霍茲方程邊界元的系數(shù)計算 150
7.3 數(shù)值計算 151
7.3.1 積分表述驗證（無損耗情況） 154
7.3.2 積分表述驗證（有損耗情況） 156
7.3.3 邊界元算法驗證（無損耗情況） 158
7.3.4 邊界元算法驗證（有損耗情況） 161
7.4 實際工程材料邊界條件初步探討 163
參考文獻 165
第8章 時域電磁場計算理論 166
8.1 時域雙旋度波動方程的積分表述 166
8.1.1 基本積分表述的導出（格林函數(shù)法） 166
8.1.2 基本積分表述的導出（加權余量法） 170
8.2 時域雙旋度波動方程的旋度積分表述 174
8.2.1 旋度積分表述推導（格林函數(shù)法） 174
8.2.2 旋度積分表述（求旋） 178
8.2.3 旋度積分表述的導出（加權余量法） 179
8.3 雙旋度波動方程的數(shù)學性質(zhì) 182
8.3.1 雙旋度波動方程解的存在性和唯一性 182
8.3.2 雙旋度一般時域波動方程解的欠定性（任意散度假設） 182
8.3.3 雙旋度波動方程的協(xié)調(diào)性條件 185
8.3.4 雙旋度波動方程的二維特征 188
8.3.5 雙旋度波動方程的勢分析 189
參考文獻 194
第9章 時域電磁場數(shù)值驗證 195
9.1 數(shù)值驗證問題介紹 195
9.1.1 理論驗證數(shù)學模型 195
9.1.2 索莫菲爾德問題 199
9.2 雙旋度波動邊界積分方程的求解 200
9.2.1 問題的提出 201
9.2.2 邊界積分方程的求解 202
9.2.3 區(qū)域內(nèi)的計算 204
9.2.4 一般時域波動方程的邊界元遞推解法的基本步驟 204
9.3 數(shù)值驗證 205
9.3.1 計算模型 206
9.3.2 基本遞推算法的理論驗證 206
9.3.3 積分表述驗證 209
9.3.4 時域問題的迭代算法 209
9.4 索莫菲爾德問題的數(shù)值呈現(xiàn) 209
9.4.1 索莫菲爾德問題的自相似現(xiàn)象 209
9.4.2 索莫菲爾德問題的數(shù)值呈現(xiàn) 210
9.5 存在的不足 214
參考文獻 215
第10章 雙旋度算子相關方程的分離變量法嘗試 216
10.1 雙旋度赫姆霍茲方程的分離變量法 216
10.1.1 分離變量嘗試 216
10.1.2 耦合的常微分方程求解 220
10.1.3 利用協(xié)調(diào)條件求解相關的微分方程 234
10.2 雙旋度赫姆霍茲方程解的驗證 235
10.3 推廣應用 240
10.3.1 雙旋度泊松方程和雙旋度一般時域波動方程的分離變量解 240
10.3.2 曲線坐標系的雙旋度赫姆霍茲方程分離變量解 242
10.4 相關方程解的進一步討論 245
10.5 結語（應用展望） 247
參考文獻 247
本書主要參考文獻 248
附錄A 矢量恒等式與張量簡介 252
附錄B 與三維雙旋度泊松方程有關的積分推導 261
附錄C 平行于鐵磁體的通電導線產(chǎn)生的靜磁場實測數(shù)據(jù) 273
附錄D 與三維雙旋度赫姆霍茲方程有關的積分推導 280
附錄E 時域積分處理 300
后記 310