2017年度 導波回路論   Guided Wave Circuit Theory

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開講元
電気電子コース
担当教員名
水本 哲弥 
授業形態
講義
メディア利用
 
曜日・時限(講義室)
火3-4(W933)  金3-4(S222)  
クラス
-
科目コード
EEE.S411
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3月21日
講義資料更新日
2017年11月27日
使用言語
英語
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講義の概要とねらい

この講義は,電磁界の伝搬制御に関する講義であり,電気電子コースの関連科目とともに,電磁波応用を理解するために必要となる。マイクロ波,ミリ波,光波は,通信伝送,センシング,医療など,様々な分野で応用されている.これら電磁波の応用においては,目的に応じて電磁界の伝搬を適切に制御し,所望の機能を実現している.電磁界の制御においては,閉じられた伝送空間,すなわち導波路中に電磁界を伝搬させて,制御することが有効である.
講義では,ミリ波・マイクロ波集積回路や光集積回路用の導波路及び光ファイバにおける電磁界の導波現象に関して,伝搬特性,モード結合現象,周期構造における電磁界の振舞などを説明する.その後,結合器,分岐器,周波数選択及び弁別を目的とした合波・分波器,伝達特性が伝搬方向によって異なる非相反素子など,基本的な電磁波回路,光波回路の動作原理及び設計法について講義する.

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)導波路中の電磁界分布を理解し,導波路中の電磁波伝搬特性を説明できる
2)導波路を伝搬する電磁界を制御するために必要な考え方として,インピーダンス制御,位相制御,モード結合などを説明できる
3)導波路を伝搬する電磁界の制御を目的とした代表的な導波回路の動作原理を説明することができる
4)電磁界の制御を目的とした代表的な導波回路の設計法を理解する

キーワード

マイクロ波,ミリ波,光波,同軸線路,マイクロストリップ線路,導波管,誘電体導波路,伝搬モード,インピーダンス,定在波,散乱行列,固有励振,固有値,光ファイバ中の非線形効果,モード結合,結合器,分岐器,方向性結合器,合分波器,非相反素子

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

OCW/OCWiにアップロードした講義資料をあらかじめ予習し,講義に臨むこと。また,定期的に演習問題を課題レポートとして課します。

授業計画・課題

  授業計画 課題
第1回 電磁界解析の基礎的事項  -マクスウェルの方程式 マクスウェルの方程式から波動方程式を導出する。
第2回 電信方程式と電磁波の空間伝搬  -線路上の電圧・電流分布,入力インピーダンス,定在波 波動方程式から電磁界を求める。伝送線路と平面波に関する物理量の対応関係を理解する。
第3回 導体で構成される導波路  -同軸線路,マイクロストリップ線路 同軸線路及びマイクロストリップ線路を伝搬する導波モードの電磁界及び伝搬定数を理解する。
第4回 導波管を伝搬する電磁界  -TEモードとTMモード,導波管中の電磁界,カットオフ 矩形及び円形導波管を伝搬する導波モードの電磁界及び伝搬定数を理解する。
第5回 誘電体導波路  -スラブ導波路,伝搬モード,単一モード条件,誘電体矩形導波路 誘電体スラブ導波路の導波モードの電磁界分布を理解する。
第6回 分ファイバ中の光波伝搬  -分散,非線形現象 光ファイバの分散及び非線形現象が発生する原因及びその影響を理解する。
第7回 結合モード方程式と同方向モード結合  -結合モード方程式,結合係数 同方向モード結合を説明できる。
第8回 周期構造中を伝搬する電磁界  -前進波と後退波の結合,ブラッグ反射 前進波と後退波の結合に基づいてブラッグ反射を説明できる。
第9回 散乱行列による回路表現  -散乱行列の定義,散乱行列とF行列 散乱行列で表される回路の特性を説明できる。
第10回 固有値・固有励振  -固有値・固有励振の定義,固有励振の特徴 与えられた回路行列の固有値及び固有励振を計算できる。
第11回 導波回路の基礎と結合・分岐用導波回路  -マジックT,方向性結合器の設計 マジックTの動作原理及び方向性結合器の特性を説明できる。
第12回 周波数選択回路  -共振器,合分波器 共振器の共振条件及び合分波器の動作原理を説明できる。
第13回 非相反導波回路  -アイソレータ,サーキュレータ アイソレータ及びサーキュレータの動作原理を説明できる。
第14回 ミリ波・マイクロ波集積回路  -ミリ波・マイクロ波集積回路の設計における特徴 マイクロ波・ミリ波集積回路の設計において考慮すべき点を理解する。
第15回 光集積回路  -光集積回路の設計における特徴 光集積回路の設計において考慮すべき点を理解する。

教科書

OCW/OCWiにアップロードした講義ノート,講義資料を教科書として使用します。

参考書、講義資料等

岡本勝就. 光導波路の基礎. コロナ社; ISBN 978-4-339-00602-5.
栖原敏明. 光波工学. コロナ社; ISBN 433901141X, 9784339011418.
内藤喜之. マイクロ波・ミリ波工学. コロナ社; ISBN-978-4-339-00037-5.

成績評価の基準及び方法

導波路中の電磁界の伝搬,電磁界の伝搬を制御する導波回路の基本的な要素の動作原理等の理解度を,課題レポートによって評価する。配点は,課題レポート 60点程度,期末課題レポート提出40点程度。

関連する科目

  • EEE.D461 : オプトエレクトロニクス
  • EEE.S461 : 光通信システム
  • EEE.S401 : 電磁波特論
  • EEE.S451 : 無線通信工学

履修の条件(知識・技能・履修済科目等)

電磁気学第一(EEE.E201.R)及び電磁気学第二(EEE.E202.R)又は同等科目を履修していること。

連絡先(メール、電話番号)    ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

mizumoto.t.aa[at]m.titech.ac.jp, 03-5734-2578

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