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 授業科目
 Course Title
波動電子工学特論
Fundamentals of Wave Electronics Engineering
 担当者
 Instructor
准教授 陳 春平  前学期 水曜日2時限
准教授 土屋 健伸  前学期 水曜日2時限
 単 位
 Credit
2

関連するディプロマポリシー Related Diploma Policy
時代の課題と社会の要請に応えた専門的知識と技能/Expert knowledge and skills to address the issues of the age and the demands of society
 
到達目標 Target to be Reached
波動エレクトロニクス技術の予測、解析、実験において得られた知見を数学の力を借りて普遍化あるいは一般化することが必要であり、コンピュータを利用したモデリング技術などを習得することが重要である。
本講義の到達目標は、受講生が 、
1.現実の物理的事象をモデルリングできるように基礎的な音響・波動に関する基礎を習得すること。
2.モデルに基づいて数式化、方程式によって因果関係を明らかにするための基礎的応用数学の習得すること。
3.結果を普遍化、一般化するための計算機解析の知識を習得すること。
4.得られた結果を評価する能力を身に付けること。
等を目的として、熱、音波、電磁波、光といった波動工学・電子工学分野の数学的取り扱いに習熟することを目指している。
音・電磁波・光波などの波動に関する基礎の理解に必要な数学の基礎を理解すること。

 
授業内容 Course Content
光波・電磁波・超音波などの波動は、自然・医療・応用科学など様々な研究分野の基盤を形成する物理現象である。これらの波動応用技術は、コンピュータ科学・電子工学などと相まって現代工学の中核を構成している。波動電子工学は波動工学と電子工学を融合した学問である。波動電子技術の予測、解析、実験において得られた知見を数学の力を借りて普遍化あるいは一般化することが必要であり、コンピュータを利用したモデリング技術などを習得することが重要である。
 本講義では、音・電磁波・光波などの波動に関する基礎の理解に必要な数学の基礎を解説し、熱、音波、電磁波、光といった波動工学・電子工学分野の数学的取り扱いに習熟することを目的とする。具体的には、現実の物理的事象をモデルリングできるように基礎的な音響・波動に関する基礎、モデルに基づいて数式化、方程式によって因果関係を明らかにするための基礎的応用数学、結果を普遍化、一般化するための計算機解析の知識などを講義する。
 
授業計画 Course Planning
各回の講義内容は次のように予定しているが、時間の関係で若干前後する場合もある。
受講生は,予習として,事前に配布された論文などの参考資料をあらかじめ読んで理解に努め,練習問題にも挑戦する。また、復習として、授業で説明したところの参考資料・ノートを読み返して内容を深く理解する。

第1回:基礎Ⅰ: 熱や波動解析のための数学的な基礎知識の復習と実際(複素関数論と等角写像)。
第2回:基礎Ⅱ: 熱や波動解析のための固有値問題(古典的、先端的)について述べる。
第3回:基礎Ⅲ: ベクトル解析の復習を兼ねて各種の座標系における展開表現を習得する。
第4回:特殊関数-その1-:円筒関数(ベッセル関数、ノイマン関数)、球関数などを講義。
第5回:特殊関数-その2-:ハンケル関数、チェビシェフ関数、エルミート多項式、ラゲール多項式。
第6回:物質中の波動伝搬:均質媒質中のマクスウエルの方程式、音波方程式の誘導と展開。分散媒質、異方性媒質、電磁界と電子の相互作用における波動方程式。
第7回:集中定数回路理論と分布定数回路理論。
第8回:基礎Ⅳ:熱、音波、電磁波、光波の相違と特徴。
第9回:基礎Ⅴ:非線形媒質や流れのある場合の非線形波動方程式の導出。
第10回:音波の放射・受波における特性解析。
第11回:熱、音波、電磁波の波動伝搬解析(実際には媒質の損失も考慮)。
第12回:音波の医工学への応用(血流の流れ、心臓の画像)。
第13回:熱・音波の測定と画像処理(フーリエ解析、ウエブレット解析)。
第14回:熱・音波・電磁波・光波における信号処理とその特徴を整理し、より専門的研究の基礎を提供する。全体のまとめ。
 
授業運営 Course Management
履修すべき重要事項に関して、教員が解説する。学習内容に関する問題演習を、講義中あるいは宿題の形式で適宜行う。
基本的に光波・電磁波・音波・熱などの波動の持っている物質中の振る舞いや電子との相互作用などの基礎を学部の復習を兼ねて説明し、実際に実験のための波動工学、計算機によるシミュレーション・演習(Matlab、C言語とフォートランとの対比を含む)を行う。重要な箇所は、印刷物あるいはパワーポイントなどで実演する。
光波・電磁波・音波・熱を用いる応用技術について習得することが重要であり、この観点から、問題演習の結果等を考慮して総合的に評価する。大局的な考え方の必要性を考慮して、レポートによる課題を与える。先端的な話題にも触れる機会を作りたい。
 
評価方法 Evaluation Method
光波・電磁波・音波・熱を用いる応用技術について習得できているかを評価する。この観点から、問題演習の結果等を考慮して総合的に評価する。プレゼンテーションなどを交えて議論することにより、理解度を評価する。最後にレポートによる課題を提出する。
 
オフィスアワー Office Hour (s)
陳  月曜12:15~13:00 23号館5階513号室/6階601号室
土屋 月曜12:15~13:00 23号館5階515号室/6階604号室

その他、メール・居室での質問など時間の許す限り、受け付ける。
 
使用書 Textbook (s)
AMMON, YARIV『光エレクトロニクスの基礎』[丸善]
Kinsle『Fundamentals of Acoustics』[Wiley]

参考書 Book (s) for Reference
M.ボロン『光学の原理I, II, III』[東海大学出版会]

 
 
 
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