2024年度 学院等開講科目 工学院 電気電子系
波動工学
- 開講元
- 電気電子系
- 担当教員
- 鈴木 裕生 / 廣川 二郎 / 田原 麻梨江
- 授業形態
- 講義 (対面型)
- メディア利用科目
- -
- 曜日・時限
(講義室) - 火5-6 (S2-204(S221)) / 金5-6 (S2-204(S221))
- クラス
- -
- 科目コード
- EEE.E211
- 単位数
- 200
- 開講時期
- 2024年度
- 開講クォーター
- 3Q
- シラバス更新日
- 2025年3月17日
- 使用言語
- 日本語
シラバス
授業の目的（ねらい）、概要
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
- 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)
- ・電気電子分野の基礎専門力
授業の進め方
講義の後には，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。対面で講義を行いますが，コロナ禍の状況によりオンライン講義となる場合があります。
授業計画・課題
| 授業計画 | 課題 | |
|---|---|---|
| 第1回 | 電磁気学(第1章) | 電磁気学の復習 |
| 第2回 | 波動方程式(2.1節~2.3節) | 波動方程式の導出ができるようになる。 |
| 第3回 | 定在波，境界面への垂直入射(2.4節~2.5.1節) | 定在波の特徴, 境界面への垂直入射した場合の動作の説明ができるようになる。 |
| 第4回 | 境界面への斜入射-TE波の場合 (2.5.2節) | 境界面への斜入射-TE波の場合-の動作の説明ができるようになる。 |
| 第5回 | 境界面への斜入射-TM波の場合 (2.5.3節) | 境界面への斜入射-TM波の場合-の動作の説明ができるようになる。 |
| 第6回 | 導体平面への入射(2.6節) | 導体平面への入射の動作の説明ができるようになる。 |
| 第7回 | 波源からの放射(3.1節) | 波源からの放射の説明ができるようになる。 |
| 第8回 | 微小ダイポールからの放射(3.2節~3.3節) | 微小ダイポールからの放射の説明ができるようになる。 |
| 第9回 | 理解度確認(1) | 第1回から第8回までの理解度確認を行う。 |
| 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）上の電磁界の説明ができるようになる。 |
| 第11回 | 電信方程式のラプラス変換による解法 -損失を伴う時間領域の解、前進波、後退波、無歪条件 | 電信方程式の時間領域の解の導出ができるようになる。 |
| 第12回 | 分布定数回路におけるインピーダンスと反射 -無損失の場合の解、正弦波入力、特性インピーダンス、電圧反射係数 -定在波とSWR、インピーダンス不整合と反射、Z平面とΓ平面、スミスチャート | 正弦波入力された分布定数回路上の進行波の特徴の説明, 反射係数とSWRの関係の説明ができるようになる。 |
| 第13回 | インピーダンス整合 -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、LC回路によるインピーダンス整合 | 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ができるようになる。インピーダンス整合のためのLC回路の導出ができるようになる。 |
| 第14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ができるようになる。 |
準備学修(事前学修・復習)等についての指示
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
第1回～第8回 広川二郎，木村雄一，新井宏之著，「電磁波工学」(朝倉書店) ISBN987-4-254-2214-2
第10回～第14回 指定しない
参考書、講義資料等
T2scholaにより補足資料を配布する
成績評価の方法及び基準
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。理解度確認(対面による持ち込み不可の筆記試験，約70%)・演習（約30％）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・注意事項
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。