電磁気学Ⅲ

科目基礎情報

学校	奈良工業高等専門学校	開講年度	令和03年度 (2021年度)
授業科目	電磁気学Ⅲ
科目番号	0072	科目区分	専門 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	学修単位: 2
開設学科	電気工学科	対象学年	4
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	「基礎電磁波工学」，数理工学社，小塚 洋司他
担当教員	頭師 孝拓

到達目標

1． 正弦波電磁界の表現方法とポインティングベクトルの意味を理解できる。
2． Maxwell方程式から平面波の方程式を導出し、境界面における平面波の振る舞いを導くことができる。
3． 分布定数回路の概念を理解し、電流と電圧についての波動微分方程式を導くことができる。
4． 波動微分方程式から無損失線路の伝搬定数、減衰定数、位相定数、速度、特性インピーダンスを求めることができる。
5． 短絡回路、開放回路におけるインピーダンス整合条件を導くことができる。

ルーブリック

	理想的な到達レベルの目安	標準的な到達レベルの目安	未到達レベルの目安
評価項目1	正弦波電磁界の表現方法とポインティングベクトルの意味を理解し、説明できる。	正弦波電磁界の表現方法とポインティングベクトルの意味を理解できる。	正弦波電磁界の表現方法とポインティングベクトルの意味を理解できない。
評価項目2	Maxwell方程式から平面波の方程式を導出し、境界面における平面波の振る舞いを導くことができる。	Maxwell方程式から平面波の方程式を導出し、境界面における平面波の振る舞いを答えることができる。	Maxwell方程式から平面波の方程式を導出できず、境界面における平面波の振る舞いを答えることができない。
評価項目3	分布定数回路の概念を理解し、電流と電圧についての波動微分方程式を導くことができる。	分布定数回路の概念を理解し、電流と電圧についての波動微分方程式を答えることができる。	分布定数回路の概念を理解しておらず、電流と電圧についての波動微分方程式を答えることができない。
評価項目4	波動微分方程式から無損失線路の伝搬定数、減衰定数、位相定数、速度、特性インピーダンスを求めることができる。	波動微分方程式から無損失線路の伝搬定数、減衰定数、位相定数、速度、特性インピーダンスを答えることができる。	波動微分方程式から無損失線路の伝搬定数、減衰定数、位相定数、速度、特性インピーダンスを答えることができない。
評価項目5	短絡回路、開放回路におけるインピーダンス整合条件を導くことができる。	短絡回路、開放回路におけるインピーダンス整合条件を答えることができる。	短絡回路、開放回路におけるインピーダンス整合条件を答えることができない。

学科の到達目標項目との関係

準学士課程（本科１〜５年）学習教育目標 （２）

JABEE基準 (d-2a)

JABEE基準 (d-2b)

システム創成工学教育プログラム学習・教育目標 D-1

教育方法等

概要:

近年、電磁波を用いた通信技術ならびに電力供給技術が大きく進展しており、電磁波並びに電磁波伝幡特性の理解が重要度を増している。電磁気学Ⅲでは電磁気学Ⅰ、Ⅱで学習した静電磁場に関する基礎的な法則に関する知識を用いて、電磁場に成立する Maxwell 方程式を用いた電磁波並びに電磁波伝幡特性に関する振る舞いの理解を行う。

授業の進め方・方法:

授業は座学とし，定期的な課題提出と中間レポート，期末試験を行い，理解度のチェックを行う。

注意点:

関連科目
電磁気学Ⅰ・Ⅱ，電気回路Ⅰ・Ⅱ，応用数学α・β
学習指針
数学の取り扱い，特にベクトルを含んだ複素数の微積分が多くなる。
自己学習
特に数学の苦手な学生については 3・4 年次までのベクトルと微積分を確実に身につける。
事前学習
講義内容に相当する部分の教科書を読み、前回の内容との繋がりを確認する
事後発展学習
講義の最後に出す復習問題を解き、理解を確認する

学修単位の履修上の注意

授業内で適宜出題する課題への取り組みを自学自習部分として評価する。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	Maxwell 方程式	Maxwell方程式について理解し、導出できる
		2週	ポインティングベクトル	正弦波電磁界の表現方法、ポインティングベクトルの意味を理解する
		3週	ヘルムホルツ方程式	Maxwell 方程式からヘルムホルツ方程式を導出できる
		4週	ヘルムホルツ方程式	ヘルムホルツ方程式から電磁場の一般解を導出できる
		5週	平面波	Maxwell 方程式から平面波の方程式を導出できる
		6週	平面波	平面波の方程式から伝搬定数を導出し、各定数の意味を理解する
		7週	境界条件	電磁波の境界条件について理解する
		8週	中間試験	1-7週の内容について理解度を確認する
	2ndQ
		9週	平面波の反射と透過	境界面へ垂直入射する平面波の性質について理解する
		10週	平面波の反射と透過	境界面へ斜めに入射する平面波の性質について理解する
		11週	平面波の反射と透過	電磁波の屈折率・臨界角について理解する
		12週	分布定数回路	集中定数回路と分布定数回路の違い、伝送線路の等価回路について理解する
		13週	伝搬定数	伝送線路の基本式について理解し、その一般解から伝搬定数を導出できる
		14週	伝送線路	無損失線路上の反射波と入射波および定在波を導出できる
		15週	伝送線路	伝送線路の入力インピーダンスを理解し、各終端条件でのインピーダンスを導出できる
		16週	期末試験返却	理解が不十分な点を補充する

評価割合

	試験・レポート	課題	合計
総合評価割合	70	30	100
基礎的能力	70	30	100
専門的能力	0	0	0
分野横断的能力	0	0	0