2017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3-4(S221)  金5-6(S221)  
クラス
-
科目コード
EEE.E211
単位数
2
開講年度
2017年度
開講クォーター
3Q
シラバス更新日
2017年10月3日
講義資料更新日
2017年11月17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

マクスウェルの方程式,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

国際的教養力 コミュニケーション力 専門力 課題設定力 実践力または解決力
- - -

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 マクスウェルの電磁方程式(第2章),境界条件(第4章) マクスウェルの電磁方程式,境界条件の説明
第2回 波動方程式(第3.1節~第3.4節) 波動方程式の導出
第3回 平面波(第3.5節,第5.1節~第5.4節) 平面波の特徴の説明
第4回 境界面への垂直入射(第5.5.1節) 境界面への垂直入射した場合の動作の説明
第5回 境界面への斜入射-TE波の場合-(第5.5.2節~第5.5.3節) 境界面への斜入射-TE波の場合-の動作の説明
第6回 境界面への斜入射-TM波の場合-(第5.5.4節) 境界面への斜入射-TM波の場合-の動作の説明
第7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6回までの内容の演習形式による確認 第1回から第6回までの理解度確認と到達度自己評価
第8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9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10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11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12回 分布定数回路の損失と反射 -損失のある場合の時間領域の解、無歪条件、正弦波入力、特性インピーダンス、電圧反射係数 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13回 インピーダンス整合(1) -定在波とSWR、インピーダンス不整合と反射、LC回路によるインピーダンス整合、Z平面とΓ平面、スミスチャート 反射係数とSWRの関係の説明、インピーダンス整合のためのLC回路の導出
第14回 インピーダンス整合(2) -有限長の分布定数回路、基準面の移動、インピーダンス変換、λ/4トランス、スタブ、電力波 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 散乱行列 -回路行列、散乱行列とその例、散乱行列と損失 散乱行列の定義の説明、散乱行列と損失の関係の説明

教科書

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 。

参考書、講義資料等

補足資料を配布する

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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