マイクロ波工学

Microwave Engineering

9973411

73ICRFE301

山本　隆彦

Takahiko Yamamoto

2024年度前期

2024 First Semester

火曜1限

Tuesday 1st Period

創域理工学部　電気電子情報工学科

Department of Electrical Engineering, Faculty of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

【概要】電磁波は，通信，工業応用，医療応用，エネルギーといった形でさまざまに利用され，今日我々の生活に欠くべからざるものとなっている。マイクロ波は，電磁波の中でも数十cm以下の短い波長の電波であるが，ここでは，電気回路理論や電磁気学をベースとして，このような波の種々の導波路における振る舞いについて学ぶ。ここで学んだ知識は，マイクロ波のみならず，一般の高周波から超高周波における伝送線路や回路の解析・設計，さらには光領域における電磁波動現象の理解においても有用となる。本講義では，分布定数回路理論を学び，マクスウェルの方程式で表される導波路中の電磁波動の伝搬を理解・習得することを目標とする。電気通信主任技術者，第1級陸上無線技術士，第1級陸上特殊無線技術士などの資格を取得するのに役立つ。

【目的】概要に示した一連の取り組みを通じて，マイクロ波工学の専門知識を理解・習得することを目的とする。本学科のディプロマポリシー「電気工学、電子工学、情報通信工学の学問分野に共通した基礎学力と、その上に立つ各分野の専門知識」を身につける科目である。

【到達目標】電気回路理論をベースとした分布定数回路理論や，電磁気学をベースとしたマクスウェルの方程式を通じて，平行板線路や同軸線路，導波管における基本的な諸定数の導出とその物理的意味を理解し，さらに散乱行列や，種々の導波路やそれらの伝搬特性を応用した回路素子の動作原理などについて理解・習得することを目標とする。

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

電気回路理論や電磁気学の基礎知識を有していることが望ましい。

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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（準備学習）各回の授業前に2時間程度、指定した参考書などの授業内容に関連した部分を読んでおくこと
（復習）各回の講義内容を2時間程度復習し、各回の講義で説明した内容について理解の定着を図ること

レポートまたは小テストなどの平常点30%，到達度評価70%として評価を行い，総合で60%以上(100点満点で60点以上)を合格とする。なお、レポートや小テストは、講義内容の進捗状況に合わせて授業期間中に適宜実施する。

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
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「マイクロ波工学」中島将光著，森北出版（株）、1975年発行、978-4-627-71030-6
「EMC原理と技術」高木相監修、科学情報出版（株）、2015年発行、978-4904774298など

1 　　マイクロ波とは
マイクロ波工学を学ぶ目的・意義，電磁波スペクトルの利用のされ方，機器・回路・素子の大きさと波長の関係について理解・習得する

2 　　分布定数回路(1)
以下の各項目について理解・習得する
（１）波動方程式の導出とその解
（２）伝送線路における伝搬速度
（３）正弦波動方程式の導出とその解

3 　　分布定数回路(2)
以下の各項目について理解・習得する
（１）伝搬定数、減衰定数、位相定数の導出と物理的意味
（２）特性インピーダンスの定義と物理的意味
（３）平行平板線路や同軸線路の特性インピーダンス、波動伝搬速度の導出

4 　　分布定数回路(3)
以下の各項目とそれらを与える式の導出、使用法について理解・習得する
（１）無限長線路における電圧、電流、最大電力供給と共役整合
（２）有限長線路における線路の電圧、電流、電圧反射係数、電流反射係数
（３）有限長線路における入力インピーダンス，入力アドミタンス

5 　　分布定数回路(4)
以下の各項目について理解・習得する
（１）定在波分布，定在波比，反射係数の関係
（２）定在波比，定在波節位置と負荷インピーダンス
（３）インピーダンス整合の原理と各種手法
（４）スミスチャートの原理と使用例

6 　　Maxwellの方程式の導出と物理的意味
以下の各項目の導出と物理的意味を理解・習得する
（１）微分形のGaussの法則
（２）微分形のAmpereの回路則
（３）微分形のFaradayの電磁誘導則
（４）微分形電流連続の式
（５）Maxwellの方程式

7 　　波動方程式とHelmholtz方程式
以下の各項目の導出と平面波への適用例について理解・習得する
（１）Maxwellの方程式から波動方程式
（２）Helmholtz方程式
（３）平面波

8 　　ポインティングベクトルと表皮効果
以下の各項目に関する関係式の導出と物理的意味を理解・習得する
（１）ポインティングベクトルとポインティング定理
（２）複素ポインティングベクトルと複素ポインティング定理
（３）導体中の電磁波伝搬と表皮効果

9　　伝搬電磁波の姿態(モード)の分類とTEM波線路の電磁界解析
以下の各項目について理解・習得する
（１）伝送路中を伝搬する電磁波姿態の分類
（２）TEM波線路の電磁界の導出
（３）分布定数回路理論との比較

10　導波管(1)
以下の各項目について理解・習得する
（１）Helmholtz方程式から方形導波管の電磁界を導出
（２）導波管内の電磁界分布と基本モード

11　導波管(2)
以下の各項目について理解・習得する
（１）方形導波管のTMモード
（２）導波管の遮断特性と遮断周波数
（３）管内波長、位相速度、エネルギー伝送速度
（４）円形導波管の電磁界

12　伝送線路と散乱行列
以下の各項目について理解・習得する
（１）波振幅の定義と物理的意味
（２）散乱行列の導入
（３）散乱行列とインピーダンス行列との関係

13　伝送線路を利用した回路素子
（１）伝送線路の特性を利用した種々のマイクロ波回路素子の動作原理を理解・習得する

14　復習・まとめと課題レポートの解説
（１）課題レポートについて解説を行う
（２）一連の学習内容を復習整理し、知識の定着を図る

15　到達度評価
到達度評価のための学力試験を実施し，当科目の補足とまとめの授業を行う

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