2021年度 電磁波特論   Advanced Electromagnetic Waves

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開講元
電気電子コース
担当教員名
廣川 二郎  戸村 崇 
授業形態
講義    (ZOOM)
曜日・時限(講義室)
火5-6  金5-6  
クラス
-
科目コード
EEE.S401
単位数
2
開講年度
2021年度
開講クォーター
1Q
シラバス更新日
2021年3月24日
講義資料更新日
-
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

 本講義では,マクスウェルの方程式の直接解法,電磁界の回折・散乱現象,アンテナを扱う。波動方程式の解の導出と解釈および電磁界の等価定理を説明し,続いて,円筒座標系での散乱とその解釈を扱う。さらに,アンテナの評価パラメータや基本的なアンテナの動作原理を説明する。講義とレポートを密接に組み合わせて,電磁界解析手法と現象理解,各種アンテナの動作原理を教授する。
 電磁波特論は,電磁気学,波動工学,導波路工学の履修を受けて,電磁波の放射,散乱に関する深い解釈を与え,またその応用としていろいろなアンテナの放射原理について解説する。導波回路論,電気的モデリングとシミュレーション,高周波計測などの波動通信関係科目の高度な科目に関連している。

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から波動方程式の解が導出でき,その解の意味が理解できる。
2)電磁界の等価定理の意味が理解できる。
3)円筒座標系における電磁界の散乱問題が解ける。
4)電磁界の回折・散乱現象の意味が理解できる。
5)アンテナの指向性,利得,効率,偏波などのパラメータの意味が理解できる。
6)線状アンテナ,アレーアンテナ,開口アンテナ,マイクロストリップアンテナなどの各種アンテナの放射原理が理解できる。

キーワード

波動方程式,等価定理,円筒座標系,回折・散乱

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

毎回の講義の後に学習した事項をまとめる宿題を提出してもらいます。宿題等の配布,提出はT2SCHOLAで行う。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 ヘルムホルツ方程式の導出 (1.1.1節) ベクトルポテンシャルを用いた導出
第2回 ヘルムホルツ方程式の解 (1.1.2節) 波動方程式の解の意味の説明
第3回 マクスウェルの方程式における電界と磁界の双対性 (1.2節) 波動方程式の解の構成の説明
第4回 一意性定理 (2.1節) 一意性定理の意味の説明
第5回 等価定理の適用 (2.2節) 等価定理の意味の説明
第6回 等価定理の理解 (2.3節) 平面波伝搬における等価定理適用の説明
第7回 レポート (理解度確認1),境界値問題の解法と特徴 (3章) 境界値問題の解法の説明
第8回 直角座標系における一般解の表現 (4.1節) 直角座標系での斉次解の導出
第9回 一端が終端された平行平板導体内の電磁流による散乱問題 (4.2.1節) 短絡平行平板内電磁界の和表現の導出
第10回 和形式と積分形式の一致の証明 (4.2.2-3節) 短絡平行平板内電磁界の積分表現と和表現との等価性の導出
第11回 円筒座標系における一般解の表現 (5.1節) 直角座標系での斉次解との比較
第12回 円柱導体近傍の電流による散乱問題 (5.2節) 線電流による放射の導出
第13回 くさび導体近傍の電流による散乱問題 (5.3.1節) 半平面による散乱電磁界の導出
第14回 半無限平板導体へ入射する平面波の散乱問題 (5.3.2節),レポート (理解度確認2) 半平面による電磁界の回折現象の説明,レポート出題,作成,提出

授業時間外学修(予習・復習等)

学修効果を上げるため,教科書や配布資料等の該当箇所を参照し,「毎授業」授業内容に関する予習と復習(課題含む)をそれぞれ概ね100分を目安に行うこと。

教科書

広川二郎,安藤真, "Electromagnetic wave analysis" (英語版)
ペーパーバック版, デザインエッグ社 (ISDN 978-4815022310)
https://www.amazon.co.jp/dp/4815022313?language=en_US
Amazon Kindle e-book版 (英語版)
https://www.amazon.co.jp/dp/B08HL7GDRP?languaage=en_US
ペーパーバック版とe-book版は同一内容である。

参考書、講義資料等

広川二郎,安藤真, "Electromagnetic wave analysis" (日本語版)
ペーパーバック版, デザインエッグ社 (ISDN 978-4815022303)
https://www.amazon.co.jp/dp/4815022305?language=ja_JP
Amazon Kindle e-book版 (日本語版)
https://www.amazon.co.jp/dp/B08HL57X25?language=ja_JP
ペーパーバック版とe-book版は同一内容である。
J.A.Stratton著「Electromagnetic Theory」(IEEE Press) ISBN: 978-0-470-13153-4
R.F.Harrington著「Time-Harmonic Electromagnetic Fields」(McGraw Hill) ISBN 978-0-471-20806-8
C.A.Balanis著「Advanced Engineering Electromagnetics」(Wiley)ISBN 978-0-470-58948-9
関口利男著「電磁波」朝倉書店1976

成績評価の基準及び方法

波動方程式の一般的解法に関する理解度を評価する。レポート(理解度確認2回)(70%程度),宿題(30%程度)で成績を評価する。

関連する科目

  • EEE.S411 : 導波回路論
  • EEE.G411 : 電気的モデリングとシミュレーション
  • EEE.C451 : 高周波計測工学

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),波動工学(EEE.E211),導波路工学および電波法(EEE.S301)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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