2016年度 波動工学   Electromagnetic Fields and Waves

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開講元
電気電子系
担当教員名
廣川 二郎  西方 敦博 
授業形態
講義     
曜日・時限(講義室)
火5-6(W541)  金5-6(W541)  
クラス
-
科目コード
EEE.E211
単位数
2
開講年度
2016年度
開講クォーター
3Q
シラバス更新日
2016年4月27日
講義資料更新日
2016年11月18日
使用言語
日本語
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講義の概要とねらい

 本講義は,平面波とその反射・屈折,波源からの電磁波の放射,分布定数回路における電信方程式の解析を扱う。マクスウェルの方程式の意味を説明し,平面波が異なる媒質へ入射する場合を扱う。続いて,波源からの電磁波の放射を扱い,分布定数回路での電圧・電流分布に関して説明する。講義と演習を密接に組み合わせて,空間中および分布定数回路内での電磁波の伝搬および発生の原理を習得する。
 波動工学では,電磁気学と電気回路の履修を受けて,電磁波の基礎と工学応用へ向けた波動伝送原理について解説しており,信号システム,導波路工学および電波法,光エレクトロニクスなどの波動通信関係科目の基礎となる。

到達目標

本講義を履修することによって次の能力を修得する。
1)マクスウェルの方程式の意味が説明でき,波動方程式が導出できる。
2)平面波の意味と進行波・定在波の違いが説明できる。
3)平面波が異なる媒質へ入射した場合の動作を説明できる。
4)波源から放射される電磁波とエネルギー流の求め方を説明できる。
5)伝送線路を伝わる波の電磁界と電流・電圧・電力の関係を説明できる。

キーワード

波動方程式,平面波,反射・屈折,アンテナ、分布定数回路、電信方程式

学生が身につける力(ディグリー・ポリシー)

専門力 教養力 コミュニケーション力 展開力(探究力又は設定力) 展開力(実践力又は解決力)

授業の進め方

講義の最後には,その日の教授内容に関する演習問題に取り組んでもらいます。また,毎回の講義の後に教授内容をまとめるレポートを提出してもらいます。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 マクスウェルの方程式 -ガウスの法則,アンペアの法則,ファラデーの法則 マクスウェルの方程式の意味の説明
第2回 波動方程式,平面波 -波動方程式の導出と平面波の意味 波動方程式の導出と平面波の意味の説明
第3回 定在波,偏波,境界条件 -進行波・定在波,垂直偏波・平行偏波,電磁界の連続条件 進行波・定在波の違いと偏波の意味の説明,電磁界の連続条件の導出
第4回 垂直入射波の反射と透過 -誘電体の場合と完全導体の場合 垂直入射の場合の動作の説明
第5回 斜入射波の反射と屈折(直交偏波) -スネルの法則,全反射・臨界角 直交偏波が斜入射した場合の動作の説明
第6回 斜入射波の反射と屈折(平行偏波) -ブリュースター角 平行偏波が斜入射した場合の動作の説明
第7回 損失のある媒質への平面波の入射 -媒質中での減衰 損失媒質へ入射した場合の動作の説明
第8回 理解度確認総合演習,講義内容の流れの説明 -第1回から第7回までの内容の演習形式による確認 第1回から第7回までの理解度確認と到達度自己評価
第9回 波源からの電磁波の放射 -微小ダイポール、微小ループ電流、アンテナの遠方界 点波源の電磁界とアンテナの遠方界の関係の説明
第10回 ポインティングベクトルと一意性定理 -エネルギー流、境界値問題の解の一意性 ポインティングベクトルの意味と一意性定理の意義の説明
第11回 分布定数回路と電信方程式 -TEM波、伝送線路、電信方程式 伝送線路(レッヘル線路と同軸線路)上の電磁界の説明
第12回 電信方程式のラプラス変換による解法 -無損失の場合の時間領域の解、前進波、後退波 電信方程式の時間領域の解の導出
第13回 分布定数回路への正弦波入力 -損失のある場合の周波数領域の解、特性インピーダンス 正弦波入力された損失のある分布定数回路上の進行波の特徴の説明
第14回 有限長分布定数回路の解析 -反射係数、多重反射、インピーダンス整合 有限長分布定数回路で接続された信号源と負荷の間の信号伝送の説明
第15回 定在波比、散乱行列 -反射係数と定在波比、散乱行列とその例 反射係数と定在波比の関係、散乱行列の定義の説明

教科書

テキストをOCW-iで配布

参考書、講義資料等

小塚洋司,村野公俊著「基礎電磁波工学」(数理工学社) ISBN: 978-4-86481-006-7 ,購入を強く勧める。

成績評価の基準及び方法

平面波とその反射・屈折,波源からの電磁波の放射,分布定数回路に関する理解度を評価する。中間試験・期末試験(80%),レポート・演習(20%)で成績を評価する。

関連する科目

  • EEE.S351 : 信号システム
  • EEE.S301 : 導波路工学および電波法
  • EEE.S361 : 光エレクトロニクス

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

電磁気学第一(EEE.E201),電磁気学第二(EEE.E202),電気回路第一(EEE.C201)を履修していること,または同等の知識があること。

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