2021年 理工学部 シラバス - 電気工学科
設置情報
| 科目名 | 電磁波工学 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 電気工学科 | 学年 | 3年 |
| 担当者 | 山﨑･大貫 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 月曜3 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | I13Q |
| クラス | A・B | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 本科目では，電磁波の基礎で修得したMaxwellの方程式を基礎として，空洞共振器，マイクロ波回路，光ファイバ，アンテナ，散乱と回折などを理論的に解析し，電波応用技術を習得する。また複雑な系の問題に対して，理論的アプローチから工学的な応用を考察できるようにする。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
授業形態：この授業は、オンデマンド型講義です。 授業方法：電磁波の高度な知識を学び新しい知識を創造するには，現象やデバイスの網羅的で概念的な説明では不十分である。本科目では，Maxwellの方程式を前提とした公理論的な方法により系統的に学習し，講義と演習，課題を通して理解を高める。 |
| 履修条件 | 「電磁波の基礎」を習得していることが望ましい。 |
授業計画
| 第1回 | 講義の概要説明：「電磁波の基礎」を復習しながら，これから学ぶ電磁波工学の内容について説明する。 シラバスの内容を確認の上、授業に臨むこと。 事後学習：配布資料や実験テキストをよく読み、次回の実験講義に備える。（２時間） |
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| 第2回 | 伝送波の基本式：導波管や光ファイバなど伝送波の解析に便利な式を導出し，伝送波の分類（ＴＥＭ波，ＴＥ波，ＴＭ波，混合波）について説明する。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第3回 | 方形導波管（ＴＭ波）：方形導波管内をＴＭ波が伝搬するときの電磁界を解析し，管内波長，遮断波長，遮断周波数について説明する。また伝送形態（モード）による導波管内の電磁界分布について学ぶ。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第4回 | 方形導波管（ＴＥ波）：方形導波管内をＴＥ波が伝搬するときの電磁界を解析し，管内波長，遮断波長，遮断周波数について説明する。また伝送形態（モード）による導波管内の電磁界分布について学ぶ。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第5回 | 円筒座標系とBessel関数：円形導波管内を伝搬するときの波動方程式を導き，この解がBesselの微分方程式から得られることを示す。また円柱関数（Bessel関数, Neumann関数, Hankel関数）について学ぶ。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第6回 | 円形導波管(ＴＭ波およびＴＥ波):円形導波管内をＴＭ波およびＴＥ波が伝搬するときの電磁界を解析し，管内波長，遮断波長， 遮断周波数について説明する。また伝送形態（モード）による導波管内の電磁界分布について学ぶ。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第7回 | 空洞共振器（１次元の空洞共振器）：１次元の空洞共振器を解析する。併せて固有値と固有関数について学ぶ。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第8回 | 空洞共振器（３次元の空洞共振器）：３次元の空洞共振器を解析し，空洞共振器の固有値は共振周波数となることを説明する。また空洞共振器が微少変化した時の共振周波数について説明する。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第9回 | 誘電体シート（ＴＥ波）：開放系の伝送路として，金属基盤を持つ誘電体シートをＴＥ波が伝搬するときの特性方程式を境界条件より導出する。表面波，漏洩波，単一モード伝搬条件について説明する。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第10回 | 誘電体シート（ＴＥ波）：開放系の伝送路として，金属基盤を持つ誘電体シートをＴＥ波が伝搬するときの特性方程式を境界条件より導出する。表面波，漏洩波，単一モード伝搬条件について説明する。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第11回 | 誘電体円筒（光ファイバ）：光ファイバの原理と構造について説明する。光ファイバの伝搬特性を求めるには，伝送波として混合波を用いなれればならないことを説明し，境界条件より特性方程式を導出する。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第12回 | 放射界：電荷が運動すると電荷の回りの電磁界が変動し，この変動が電磁波として伝わる。ここでは放射波の解析に便利な式を示す。。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第13回 | ダイポールアンテナ：ダイポールアンテナについて復習し，線形アンテナの放射界を求め，指向性，利得関数について説明する。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） |
| 第14回 | 線形アンテナ：複数の線形アンテナで構成されたアレーアンテナについて，放射界，指向特性，利得関数について説する。またレーダ方程式についても学ぶ。 事前学習：演習解答を理解し、次回について予習しておくこと。（２時間） 事後学習：与えられた課題を行ない、講義内容を理解すること。（２時間） 配布資料やテキストを復習し、最終演習に臨むこと。（６時間） |
| 第15回 | 全体のまとめと、「最終演習」を行う。 |
その他
| 教科書 |
細野 敏夫 著 『電磁波工学の基礎』 森北出版 2015年 第POD版
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| 参考書 |
本郷 廣平 著 『電波工学の基礎』 実教出版 1998年 第6版
主要な箇所は随時プリントで配布する。
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| 成績評価の方法 及び基準 |
課題・最終演習を通して総合的に評価する。 |
| 質問への対応 | 随時対応する。 |
| 研究室又は 連絡先 |
山﨑 お茶の水校舎 タワー・スコラ １５０９号室 E-mail:yamasaki.tsuneki@nihon-u.ac.jp 大貫 お茶の水校舎 タワー・スコラ １６０１号室 E-mail:ohnuki.shinichiro@nihon-u.ac.jp |
| オフィスアワー |
土曜 駿河台 10:00 ～ 15:00 833A実験室
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| 学生への メッセージ |
授業中に行う演習や与えられた宿題は，自分自身の力で解けるように復習すること。 |