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書籍詳細

  数値電磁界解析のためのFDTD法
- 基礎と実践 -

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宇野亨 東京農工大教授 工博 編著

何一偉 大阪電通大准教授 博士(工学) 著

有馬卓司 東京農工大准教授 博士(工学) 著

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発行年月日:2016/05/25 , 判 型: A5,  ページ数:378頁

ISBN:978-4-339-00884-5,  定 価:5,400円 (本体5,000円+税)

電磁界解析に用いられるFDTD法の基本的なプログラムコードを掲載し,経験者の技術者や大学院生はもちろん,初学者にも理解できるよう詳細に説明した。FDTD法の基礎を学ぶとともに具体的な解析のステップアップに役立つ一冊。

本書で扱うプログラムコードをダウンロードできます。
(ファイルを開くのに必要なパスワードは本書に記載されています。)

【目次】

1. FDTD法基礎
1.1 電磁方程式
 1.1.1 マクスウェルの方程式
 1.1.2 物質と構成方程式
 1.1.3 境界条件
1. FDTD法基礎
1.1 電磁方程式
 1.1.1 マクスウェルの方程式
 1.1.2 物質と構成方程式
 1.1.3 境界条件
1.2 Yeeアルゴリズム
 1.2.1 差分近似と記号法
 1.2.2 時間差分
 1.2.3 1次元空間差分
 1.2.4 2次元空間差分
 1.2.5 3次元空間差分
1.3 物体のモデル化
 1.3.1 誘電体と磁性体
 1.3.2 完全導体と完全磁気導体
 1.3.3 境界の取扱い
1.4 外部波源と励振パルス
 1.4.1 平面波
 1.4.2 励振パルス
1.5 時間ステップとセルサイズ
 1.5.1 時間ステップ
 1.5.2 セルサイズ
章末問題

2. 吸収境界
2.1 Murの吸収境界
 2.1.1 1次吸収境界条件
 2.1.2 2次吸収境界条件
2.2 PML吸収境界
 2.2.1 基本概念
 2.2.2 1次元PML
 2.2.3 2次元PML
 2.2.4 3次元PML
2.3 UPML
 2.3.1 BerengerのPMLとストレッチ座標
 2.3.2 異方性PML媒質
 2.3.3 FDTD表現
2.4 CPML
 2.4.1 CPMLパラメータ
 2.4.2 FDTD表現
章末問題

3. 基本プログラム
3.1 計算の流れ
3.2 1次元問題
 3.2.1 解析モデル
 3.2.2 プログラム例
 3.2.3 計算結果
 3.2.4 注意事項
 3.2.5 PML吸収境界
3.3 2次元問題
 3.3.1 解析モデル
 3.3.2 プログラム例
 3.3.3 完全導体
 3.3.4 不均質媒質に対するPML
 3.3.5 平面波
3.4 3次元問題
 3.4.1 プログラム例と計算結果
 3.4.2 コーディング上の注意事項
 3.4.3 ID配列
 3.4.4 BPMLとCPMLの比較
章末問題

4. 分散性・異方性媒質
4.1 代表的な分散性媒質
4.2 RC法とPLRC法
 4.2.1 誘電体
 4.2.2 磁性体
 4.2.3 デバイ分散
 4.2.4 ドゥルーデ分散
 4.2.5 ローレンツ分散
4.3 ADE法
 4.3.1 D-E法
 4.3.2 補助関数の導入
4.4 左手系媒質の取扱い
 4.4.1 右手系媒質と左手系媒質
 4.4.2 左手系媒質のモデル
 4.4.3 PLRC表現
4.5 分散性媒質に対するPML
 4.5.1 損失性媒質
 4.5.2 デバイ分散
 4.5.3 左手系媒質
4.6 異方性媒質
 4.6.1 PLRC法
 4.6.2 ADE法
 4.6.3 運動方程式の利用
 4.6.4 異方性媒質に対するPML
章末問題

5. 電磁波散乱解析とその実例
5.1 散乱界に対するFDTD法
 5.1.1 誘電体と磁性体
 5.1.2 完全導体と完全磁気導体
 5.1.3 完全電気壁と完全磁気壁
5.2 全電磁界・散乱界領域分割法
 5.2.1 電磁界の接続
 5.2.2 プログラム例と解析例
5.3 セル構造の変形
 5.3.1 不均一メッシュ
 5.3.2 サブグリッド法
 5.3.3 CP法
 5.3.4 多重領域FDTD法
5.4 良導体の取扱い
 5.4.1 内部電磁界
 5.4.2 外部電磁界と表面インピーダンス法
5.5 遠方界
 5.5.1 過渡指向性関数
 5.5.2 プログラム例
 5.5.3 散乱断面積と散乱幅
章末問題

6. アンテナ解析とその実例
6.1 アンテナ導体のモデル化
 6.1.1 細線導体と導体板
 6.1.2 導体端部
 6.1.3 近接導体
 6.1.4 導体板と線状導体の接続部
6.2 アンテナ給電モデルと給電点電流
 6.2.1 微小ギャップ給電
 6.2.2 同軸線路給電
 6.2.3 マイクロストリップ線路給電
6.3 入力インピーダンス
 6.3.1 計算法
 6.3.2 ダイポール系アンテナ
 6.3.3 ループ系アンテナ
 6.3.4 マイクロストリップアンテナ
6.4 反射係数と散乱行列
 6.4.1 入射電力と入力電力
 6.4.2 反射係数
 6.4.3 インピーダンス行列と散乱行列
6.5 アンテナの放射効率とSAR
 6.5.1 放射効率
 6.5.2 SAR
 6.5.3 電力の計算
 6.5.4 計算例
6.6 遠方界特性
 6.6.1 指向性
 6.6.2 利得
 6.6.3 複素指向性関数の計算
 6.6.4 半無限領域
6.7 電流分布と電荷分布
 6.7.1 線状導体
 6.7.2 面状導体
章末問題

7. メタマテリアル
7.1 メタマテリアルとFDTD法
 7.1.1 メタマテリアルアンテナ
 7.1.2 フロケの理論
 7.1.3 解析領域
7.2 平面波の垂直入射
 7.2.1 周期境界条件
 7.2.2 完全電気壁と完全磁気壁
7.3 斜め入射
 7.3.1 Sine-Cosine法
 7.3.2 電磁界変換法
 7.3.3 US-FDTD法
 7.3.4 伝送線路近似
7.4 アンテナ問題
 7.4.1 ASM-FDTD法
 7.4.2 等価媒質近似
7.5 分散ダイアグラム
 7.5.1 伝送線路近似
 7.5.2 FDFD法
章末問題

8. 関連手法
8.1 FDTD関連手法
 8.1.1 陰解法
 8.1.2 高精度化
 8.1.3 その他の手法
8.2 FDTD連成解析
 8.2.1 電磁波と電気回路
 8.2.2 電磁波と熱
8.3 周波数領域の電磁界解析手法
 8.3.1 規範問題
 8.3.2 モーメント法
 8.3.3 有限要素法
 8.3.4 高周波近似法
章末問題

付録A. 物理定数と物質の電気定数
A.1 基本定数
A.2 物質の電気定数
 A.2.1 基本媒質定数
 A.2.2 その他の媒質定数

付録B. プログラム
B.1 2次元平面波の散乱プログラム
B.2 3次元プログラム
B.3 全電磁界・散乱界プログラム
B.4 時間領域遠方界
B.5 ダイポールアンテナ

付録C. 数値積分と離散フーリエ変換
C.1 滑らかな関数の積分
 C.1.1 台形則
 C.1.2 シンプソン則
 C.1.3 ガウス・ルジャンドル則
 C.1.4 そのほかの積分
C.2 多重積分
C.3 離散フーリエ変換
 C.3.1 フーリエ変換と離散フーリエ変換
 C.3.2 高速フーリエ変換とそのプログラム例

付録D. 連立一次方程式と逆行列
D.1 連立一次方程式
D.2 逆行列

引用・参考文献
索引

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