《计算电磁学导论》

耿军平，金荣洪 编著

gengjunp@sjtu.edu.cn

978-7-313-20860-6

上海交通大学出版社 ，2021

    上海交通大学为研究生开设“计算电磁学”这门课已有三十多年历史， 1994年至 2008 年由金荣洪主讲， 2009 年起由耿军平主讲。期间一直没有采用一本固定的教材，而是由主讲教师参照一些著作、参考文献以及科研中的案例形成教案，这样做的好处是可以根据学科的发展、生源的不同而及时调整，使得授课内容更贴近需求，也能及时介绍一些前沿性的研究成果。但不便之处也显而易见，学生不便于预习，教师备课工作量大，也不符合学校规范化管理的要求。经过这么多年的打磨，也具备了出一本教材的条件。因此借上海市高峰高原学科建设的东风，编写了这本以满足研究生学位课程“计算电磁学”为首要目的的教材。在此衷心

    感谢上海市“高峰高原”学科建设计划。

    自 1865 年麦克斯韦发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性以来，电磁问题的求解是电磁领域理论研究和工程设计的基础。 我们所面对的电磁问题中，除了极少数可以得到解析解之外，绝大多数电磁问题需要通过数值计算的方法来求解。随着频谱资源的日趋紧张和高频电磁波、毫米波，甚至更高频率的电磁问题的出现，相应的数值计算的难度和问题规模也快速增加。对应的电磁计算方法也经由矩量法、有限元、 FDTD 等向跨域计算、快速计算、并行计算等方向发展。

    本书从电磁计算的基本原理出发， 阐述了电磁场问题与泛函极值问题的映射关系，并结合物理问题的边界条件分析了电磁问题对应的泛函极值问题的求解方法。在此基础上， 介绍了几类主要的电磁计算方法， 包括问题建模和求解过程。本书可用于学生学习电磁计算的教材，也是专门研究电磁计算方法的入门书和敲门砖， 通过阅读本书，可以系统了解电磁计算方法的原理和发展过程，理解电磁计算的发展方向。

    第一章绪论，主要介绍电磁计算的发展历史和一些观点，包括电磁计算的新进展。 第二章主要回顾电磁场理论和电磁问题求解的解析方法。 第三章主要介绍各种电磁计算方法及其分类。第四章主要介绍电磁计算方法的数学基础，尤其是对应的变分问题的泛函分析方法。第五章主要讲述矩量法的原理和演化，包括不同问题的求解过程。第六章介绍有限元方法在电磁计算中的基本原理和应用。第七章主要介绍时域有限差分法的基本原理和计算不同电磁问题的具体应用。第八章主要介绍几何绕射方法的基本原理和几种问题的应用求解。第九章主要介绍并行电磁计算的基本理论，平台环境和几种算法的应用。部分章节专门增加了新进展的相关名词，让读者了解相应算法近期的发展。每章的最后留有思考题和计算题，读者可以通过对习题的解答加深对每章内容的理解，并把算法具体运用到电磁问题的求解中。

    在这本书的撰写过程中，这些年来听计算电磁学课的很多同学和我们天线课题组的很多同学参与了上课录音和书稿的整理， 特别是吴昊博、王磊、任超凡、刘二伟、张静、周晗、王堃、陈瑞华、韩家伟、程旭旭、高伟男、杨思磊等同学，在此一并表示感谢。 同时也感谢上海市“高峰高原”学科建设计划“ 通信与信息工程学科”负责人张文军教授和负责系列教材出版计划的解蓉副教授的大力支持，感谢上海交通大学出版社编辑张勇老师的辛勤工作，感谢大家的支持和帮助。

    由于作者水平所限，疏漏之处在所难免，恳请同行专家和读者不吝指正。