波動工学   Electromagnetic Fields and Waves

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担当教員
安藤 真  平野 拓一 
使用教室
木3-4(S633)  
単位数
講義:2  演習:0  実験:0
講義コード
7139
シラバス更新日
2009年4月14日
講義資料更新日
2009年4月14日
アクセス指標
学期
前期  /  推奨学期:5

講義概要

I 電磁気学I, IIを履修した学生を対象として、波動、特に電磁波の基礎と工学的応用へ向けた波動伝送原理について解説する。直感的に理解できるようにコンピュータグラフィックも活用する。
II 電磁気学の復習、変位電流とマクスウェルの方程式、平面波、境界条件、平面波の反射と透過、TEM線路、電磁波の放射(微小ダイポール)、Poyntingベクトル、Uniqueness定理。

講義の目的

電磁気学を履修した学生を対象として、波動特に電磁波の基礎と工学的応用へ向けた波動伝送原理について解説する。
講義では、まずマクスウェルの方程式の物理的意味の理解を深める。具体的でもっとも基本的な解として平面波の性質を調べ、反射、透過、屈折現象、定在波などを考察する。
さらに、TEM線路における波動伝送を考察しインピーダンスの概念を学ぶ。
微小波源からの放射界を導出し、電磁気学と電磁波との関係を考察する。
毎回演習問題を宿題とする。

講義計画

1. 電磁気学の復習とマクスウェルの方程式
   変位電流、ファラデの法則、マクスウェルの方程式
2. ベクトル演算子
   回転、発散、マクスウェルの方程式の微分形
3. 平面波
   波動方程式の解、{E,H,β,λ,κ}の関係、定在波、偏波
4. 境界条件
   接線成分の連続、垂直成分の連続、完全導体
5. 平面波の反射、屈折
   直交/平行偏波、全反射、ブリュースター角、損失性媒質、表皮の厚さ
6. TEM線路
   電信方程式の導出、TEM波の性質、進行波と特性インピーダンス、反射と定在波、負荷が接続された線路
7. 電磁波の放射
   スカラー波動方程式、ベクトルポテンシャル
   ローレンツ条件、放射条件、微小ダイポール、遠方放射界
8. 電磁波における諸定理
   Poyntingベクトル、Uniqueness定理

注)番号は項目を表し、講義回数には対応していない。

教科書・参考書等

F.R.コナー (1989) 『アンテナ入門』 (電子通信シリーズ4) (安藤真訳) 森北出版
後藤尚久 (1993) 『なっとくする電磁気学』 講談社
Ehrlich, Roelofs, Stoner, Tuszynski (1996) 『電磁気学シミュレーション』 尾中龍猛監修,海文堂

関連科目・履修の条件等

本科目の履修者は、「電磁気学Ⅰ」および「電磁気学Ⅱ」(旧カリキュラム「電気磁気学」が対応)を履修済みであること。

成績評価

中間試験と期末試験の結果に、宿題(約10回)の提出状況を加味して成績を決める。

担当教員の一言

直接見ることのできない電磁波の振る舞いを深く理解するため、光や音の身近な例を挙げて説明する。
自然現象の裏にある理論の美しさを肌で感じて欲しい。

その他

【オフィスアワー】
随時受け付ける。
事前に電話あるいは E-mail (mando@antenna.ee.titech.ac.jp,hira@antenna.ee.titech.ac.jp) にて,所在を確認すること。

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