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科目名 電磁波工学 
担当者氏名

中條 渉

全開講対象学科 理工学部電気電子工学科
年次 3年次 
クラス  
講義学期 後期 
単位数
必選区分  
学期・曜日・時限  
部門 専門教育部門-電気電子工学専門科目 
備考 本授業はCP2・4およびDP2に該当する 



準備学習・事後学習
講義資料と自習問題はWebClassに添付されています.授業計画に示されているテキストと講義資料の指定範囲を読んで予習して講義に臨んでください.また授業後には,テキストと講義資料の内容を復習し,自習問題に取り組んでください.

最終の試験の解説は,追・再試験終了後に研究室で個別に対応します.
毎回、講義時間の2倍の自学自習が求められます。 
履修上の留意
電気磁気学1,2および演習,電気回路理論1,2および演習,電気磁気学3を履修していることが望ましい.ベクトル解析や微分方程式の解法などの基礎数学を十分理解していることが望ましい.

またWebClassに添付するPDFファイルの講義資料を事前に印刷・予習して講義に毎回必ず持って来て下さい.復習も必ず行って,WebClassに添付するPDFファイルの自習問題に取り組んでください. 
授業の概要と目的
光・電磁波の性質や原理を電磁気学や電気回路理論を用いて定量化し,実社会の光・電磁波システムに結びつける.これらの基本事項を理解することで,将来の光・電磁波システムの開発や設計が行えるレベルに到達することを目指す.授業内容が研究開発にどのように応用されるかについて,実務経験を基に授業を実施する.(科目ナンバリングコード:TE31307) 
サブタイトル
実社会の光・電磁波システムをこれまでに学んだ電気磁気学および電気回路理論を通じて理解する. 
到達目標
1.光・電磁波の基礎物理,数式表現を通じて,反射,屈折現象を定量的に理解する。電波伝搬の基礎を理解する.

2.分布定数回路としての伝送線路の取り扱いと,導波管や光ファイバの伝送特性を理解する.

3.電磁波の放射と受信に関する基本事項を学習する。アンテナの基礎を理解する. 
授業計画
【項目欄】 【内容欄】
1. 光・電磁波の応用分野と基礎物理  光・電磁波の応用分野と学習項目の関係を明らかにする.光・電磁波の基本性質を明らかにする.

レベル:光・電磁波の応用分野を説明できる.電磁波の周波数と用途を説明できる.光・電磁波の波動としての性質を説明できる. 
2. 光・電磁波の数式表現,光・電磁波のエネルギーとポインティングベクトル  マクスウェルの方程式から平面波の電磁界を導出する.光・電磁波のエネルギーはポインティングベクトルによって運ばれることを明らかにする.

レベル:マクスウェルの方程式を説明することができる.マクスウェルの方程式を用いて平面波の電磁界を求めることができる.ポインティングベクトルとは何か説明できる. 
3. 境界条件  異なる媒質間の電磁界を境界条件を用いて導出する.

レベル:境界条件を用いて電磁界を導出することができる. 
4. 平面電磁波の垂直入射  垂直入射する平面電磁波の反射を境界条件を用いて定量的に導出する.

レベル:垂直入射する平面電磁波の反射を定量的に求める手法を理解する. 
5. 平面電磁波の反射と屈折  斜め入射する平面電磁波の反射と屈折を境界条件を用いて定量的に導出する.

レベル:斜め入射する平面電磁波の反射と屈折を定量的に求める手法を理解する. 
6. 電波伝搬の基礎  電波伝搬の基礎として,損失媒質中の電磁波の減衰を説明する.また大地による電磁波の反射を説明する.

レベル:損失がある媒質中の平面電磁波の減衰を説明することができる.大地による電磁波の反射を説明できる. 
7. 分布定数線路  分布定数線路の理論を用いて電圧,電流を表現する.

レベル:分布定数線路の理論を用いて電圧,電流を求めることができる. 
8. 前半の授業のまとめと解説  配布資料に基づき解説を行う. 
9. インピーダンス,反射係数,電圧定在波比  インピーダンス,反射係数,電圧定在波比とは何か明らかにする。

レベル:分布定数線路のインピーダンス,反射係数,電圧定在波比を求めることができる。 
10. 伝送路の整合とスミスチャート  伝送路の整合条件を導出する.スミスチャートの原理と応用例を説明する.

レベル:伝送路の整合条件を求めることができる.スミスチャートを利用することができる. 
11. TEM線路と導波管  TEM線路の電磁界と基本特性を導出する.導波管の伝送モードと基本特性を導出する.

レベル:TEM線路とは何か説明できる.TEM線路の基本性能を求めることができる.導波管の伝送モードを求めることができる.導波管のしゃ断波長と管内波長を求めることができる. 
12. 光ファイバと光導波路  光ファイバと光導波路の伝送モードと基本特性を導出する.

レベル:光ファイバの伝送モードを説明することができる. 
13. 電流波源からの放射  電流波源から放射電磁界を導出する.

レベル:電磁波の放射を定性的に説明できる.電荷や電流がある場合の波動方程式を取り扱うことができる. 
14. 遠方電磁界  波源の構造、性質と遠方電磁界の関係を説明する.指向性や利得などアンテナの基本特性を説明する.

レベル:準静電界,誘導界,放射電界を説明し,遠方電磁界とは何か説明できる.指向性利得,絶対利得,放射抵抗,有効面積などアンテナの基本特性を求めることができる. 
15. 基本的なアンテナ  基本的なアンテナ素子を説明する.放射原理や指向特性など基本的なアンテナ素子の特性を説明する.

レベル:ダイポールアンテナ,モノポールアンテナ,ループアンテナ,スロットアンテナ,マイクロストリップアンテナ,開口面アンテナ,アレーアンテナなどの基本的なアンテナ素子の構造,放射原理,基本特性を説明することができる. 
テキスト
【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 光・電磁波工学 電子情報通信学会編  鹿子嶋 憲一  コロナ社 
参考文献
【書籍名】 【著者】 【出版社】
1. 電気学会大学講座 電気磁気学  山田 直平  電気学会 
2. 電磁波工学入門  高橋 応明  数理工学社 
3. 電磁波工学の基礎  中野 義昭  数理工学社 
授業方法の形式
講義と自習問題,レポート 
成績評価方法及び評価基準
理解力確認テスト(40%),定期試験(60%)で評価する.

自習問題とレポートは,毎回の講義内容の理解度の確認に用いる.

出席は加点要素とはしないが,授業回数の3分の1以上欠席した場合も欠格とする. 
受講生へのメッセージ
光・電磁波は無線通信・光ファイバ通信やレーダー・センサーなどに幅広く用いられています.また電気回路や電子回路が高速になると電磁波としての物理的な振る舞いを考慮する必要があります.講義資料や講義中に示した技術用語や定理,演習問題や自習問題で取り上げた課題について,大学や自宅において十分に予習・復習を行ってください.3年次後期の講義なので,電磁波工学の課題にじっくりと取り組むことができ,光・電磁波への理解度を高めることができます. 
参考URL
画像
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更新日時 2020/02/26 11:05


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