本論文的研究主要目的在於利用特性方法(method of characteristics, MOC)進行二維數值模擬工作，模擬電磁脈衝在完全導體柱體上的感應電流的觀察與比較，並探討以方形導體柱體取代圓形導體柱體的可能性，因為後者所需求的網格建立較複雜、網格總數較多，因此佔比較多的電腦記憶體、也使用較多的計算量與較長的計算時間。所使用的兩類完全導體柱體分別具有圓形與方形截面，每一形狀柱體各具有三種尺寸(半徑、邊長)，但各對應的尺寸具有相當的截面積。感應電流的取樣點有三處，分別是正面(電磁脈衝的正照射面)、側面(垂直電磁脈衝行進方向的側面)、與背面(電磁脈衝的照射背面)。本論文的數值模擬結果的展示有若干時間點的電磁場分佈圖以及感應電流的時間函數圖。

The main purpose of the present study are twofold: to apply the method of characteristics to the numerical simulation in two dimensions for the induced currents, under the illumination of electromagnetic (EM) pulse, on the surface of cylinders made of perfectly electric conducting material; to observe and compare the computational results and then to investigate the possibility of replacing circular cylinders with square ones for the former always take up more grid number, memory, and therefore computing power. There are two types of cylinders used in the simulation, namely circular and square. Each type of cylinder has three different sizes (radius and side lengths). And each size of cylinders has compatible cross-section area. There are three induced currents around cylinder are sampled. They are front, side, and hind sides with respect to the incident EM pulse. The computational results are demonstrated as follows:distribution of EM fields over the computational domain at several time instances and the sampled induced currents as functions of time in a side-by-side manner.

摘要 I
Abstract I
誌謝 II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VII
第一章 緒言 1
1.1什麼是數值模擬 2
1.2數值模擬(NUMERICAL SIMULATION) 2
1.3為何需要數值模擬 3
1.4數值模擬的優點 4
1.5模擬技術 5
1.6模擬分析 5
1.7全球規模的模擬工作 6
第二章 控制方程與數值方法 8
2.1MAXWELL方程組 8
2.2直角坐標系的MAXWELL方程組 12
2.3曲線坐標系的MAXWELL方程組 14
2.4MAXWELL方程組的簡化 17
2.5MAXWELL方程組的數值化 19
2.6邊界條件 20
第三章 研究問題的定義 22
3.1入射電磁場 22
3.2目標物件 26
3.3網格系統與總網格數 27
3.4取樣點的設定 30
3.5數值模擬結果數據的後處理 31
第四章 模擬結果 32
4.1電磁場在不同網格系統中的傳播情形 33
4.2不同導體柱體上的感應電流 41
第五章 結論 45
文獻 46
 
圖目錄
圖3.1 時域入射電場強度Ez 23
圖3.2入射電場強度Ez (圖3.1)的歸一化頻譜 24
圖3.3 頻譜(圖3.2)的最高頻率值 25
圖3.4方形網格系統 28
圖3.5一般圓形網格系統 28
圖3.6改良式圓形網格系統 29
圖3.7方形柱體表面上的三個感應電流取樣點 30
圖3.8圓形柱體表面上的三個感應電流取樣點 30
圖4.1方形網格系統中電磁場的分佈圖(s = 17.5 cm @ t = 41 cm/c) 34
圖4.2方形網格系統中電磁場的分佈圖(s = 14 cm @ t = 31 cm/c) 35
圖4.3方形網格系統中電磁場的分佈圖(s = 11.5 cm @ t = 51 cm/c) 36
圖4.4圓形網格系統中電磁場的分佈圖(r = 6.5 cm @ t = 31 cm/c) 38
圖4.5圓形網格系統中電磁場的分佈圖(r = 8 cm @ t = 41 cm/c) 39
圖4.6圓形網格系統中電磁場的分佈圖(r = 10 cm @ t = 51 cm/c) 40
圖4.7方形柱體上的感應電流(s = 11.5 cm) 42
圖4.8方形柱體上的感應電流(s = 14 cm) 42
圖4.9方形柱體上的感應電流(s = 17.5 cm) 43
圖4.10圓形柱體上的感應電流(r = 6.5 cm) 43
圖4.11圓形柱體上的感應電流(r = 8 cm) 44
圖4.12圓形柱體上的感應電流(r = 10 cm) 44
 
表目錄
表4.1圓形柱體尺寸及截面積 32
表4.2方形柱體尺寸及截面積 32

[1] Mingtsu Ho (1997) Application of Computational Fluid Dynamics Algorithms to the Solutions of Maxwell’s Equations, A Dissertation submitted to the faculty of Mississippi State University, Starkville, Mississippi, USA.
[2] K. S. Yee (1966) Numerical solution of initial boundary value problems involving Maxwell’s equations in isotropic media, IEEE Transactions on Antennas and Propagation (AP-14) 302-307.
[3] Roger F. Harrington (1968) Field Computation by Moment Methods, IEEE Press 1993, ISBN 0780310144.
[4] J.N. Reddy (2006) An Introduction to the Finite Element Method, McGraw-Hill, ISBN 9780071267618.
[5] Jerome Frisch, Numerical Modeling – Introductory Approach, Technische University Munchen, October 2010.
[6] 宋昭祥主編，高等學校現代工程素質訓練系列教材，現代製造工程技術實踐，機械工業出版社，2004 年09 月第1 版。