[前へ戻る]
   

 授業科目
 Course Title
電磁界理論の応用
Fields and Waves in Communication Electronics
 担当者
 Instructor
教授   穴田 哲夫  後学期 月曜日2時限
 単 位
 Credit
2

到達目標 Target to be Reached
 本計算電磁気学の研究では、与えられた問題においてマクスウエルの方程式を数値的に解くための数値シミュレーションが重要な役割を担う。本講義の到達目標として
1.代表的な数値解法(有限要素法、時間領域差分法、積分方程式法など)に理解を深めること。
2.コンピュータのクロック周波数が3GHzとなり、高周波におけるアナログ/ディジタル信号品質についての知識を習得すること。
3.無線通信、RFID(RFタグ)を利用する超高速信号処理に対応すべき電磁環境技術を理解すること。
4.最新のコンピュータシミュレーション技術(FEM、FDTD、モーメント法)の適用技術の習得。
 
授業内容 Course Content
最近の通信用デバイスは、光学と電子工学を融合した新しい学問領域であり、光通信、光情報処理、移動体通信などの幅広い分野にわたっている。その中でも光と物質或いは光の波動的相互作用を用いた光技術は「フォトニクス」という新分野への期待が高まっている。またディジタル回路の高速化に伴って信号の品質が問題となりつつある。本講義では,光の波動性の持つ基本的性質から出発し、電磁波の伝搬と導波、空間的時間的振る舞いに絞って基礎理論と数値解析手法を講義する。 
 波動電子工学特論に引き続いて、具体的な通信媒体・材料の利用を想定した際の多様な電磁波回路の境界値問題をコンピュータによって統一的にシミュレーションするための“離散的なアルゴリズムとシミュレーション法”についても講義する。 なお,コンピュータによるディジタル解析についての理解を深めるためには,微分積分学,線形代数学,ベクトル解析,数値計算についての知識が要求される。
数値解析の中でも,主に有限要素法と時間領域有限差分法について言及する。
 
授業計画 Course Planning
前期に学修した基礎的な数学表現に基づいて、無限空間を精度良く数値解析に取り込む手法についても触れるように講義する。特に、高周波回路に関して数値解析する手法を説明する。
1.電気磁気学による光伝搬の基礎I:Maxwellの方程式と電気回路方程式(電圧・電流則)の関連性について。
2.電気磁気学による光伝搬の基礎II:Maxwellの方程式の展開と波動方程式 。
3.コンピュータによるディジタル解析Ⅰ: 波動偏微分方程式のシミュレーション解法の概論を述べると共に各論を展開。
4.FDTD法について境界条件を含めて概説する。
5.FDTD法の実際(コンピュータによる数値解析)。
6.有限要素法の基礎的定義としてRitz Method(変分法)を講義する。
7.有限要素法としてのGalerkin's Methodを講義する。
8.有限要素法による具体的な問題の実際(コンピュータによるディジタル解析)。
9.信号処理の分野で有用なMATLABによる数値解法を説明する。
10.MATLABによる数値解法の実際(コンピュータによるディジタル解析)。
11.コンピュータによるディジタル解析としての固有値問題の数値解法。
12.コンピュータによるディジタル解析としての大次元連立方程式の解法。
13.市販シミュレータと自作プログラムの比較と自動モデリング。
14.応用: マイクロ波,光波・ミリ波・テラヘルツ波の数値解析と実際との状況を概説する。
15.まとめと将来展望: シミュレーション技術の役割と実際のハードウエアの関わりについて。
 
授業運営 Course Management
前期の波動電子工学特論は基本的に光波・電磁波などの電磁波工学、物質中の電磁界と電子の相互作用などの基礎を学部の電磁気学の復習を兼ねて説明する。後期において、光導波工学の各種数値解析手法を概説し、実際に計算機によるシミュレーション(C言語とフォートランとの対比を含む)を行う。
 なお、参考書はIEEE論文や波動電子工学特論に記したテキストおよびマニュアルを利用する。 また応用数学の参考書は講義に応じて紹介する。基本の重視し,広範囲の応用課題から電磁波に的を絞って議論を進める。
 
評価方法 Evaluation Method
 英語論文の購読,演習と実際の課題、出席で総合的に評価する。IEEEの光伝搬の基礎・光ビーム伝搬・電磁気学的記述に関連する論文なども読む力を評価する。議論に積極的に参加することを評価したい。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
講義終了後居室(23-519号室)にて受けるが、時間が許す限り対応する。また電子メールにても受け付ける。
研究室にはいくつかのシミュレータを用意しているので,利用できる環境を提供する。
 
使用書 Textbook (s)
論文等のプリンを配布する。
参考書 Book (s) for Reference
山下栄吉監修『マイクロ波シミュレータの基礎』[電子情報通信学会]   プリント、板書及びIEEE等の論文
 
 
 
[前へ戻る]