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電磁界理論

平野拓一

0. はじめに

電磁波とは何か?

1. 偏波, 定在波, 反射と透過

偏波
直線偏波、円偏波のアニメーション
2直線偏波による円偏波放射条件
任意の角度で交差する2直線偏波の合成波が円偏波になる条件
定在波
定在波のアニメーション
反射と透過
平面波の反射と透過。反射の法則(フェルマーの原理)、屈折の法則(スネルの法則)、 フレネルの反射係数・透過係数など

2. 波源からの放射

電気双極子
電気双極子の電気力線のアニメーション
微小ダイポールアンテナ
微小ダイポールアンテナから放射される電磁界のアニメーション
半波長ダイポールアンテナ
半波長ダイポールアンテナから放射される電磁界のアニメーション
モーメント法解析
1.5波長ダイポールアンテナ
1.5波長ダイポールアンテナから放射される電磁界のアニメーション
モーメント法解析
ダイポールアンテナの長さによる指向性の変化
電流分布は正弦波近似
静電界と電磁界
静電界と電磁界のダイポールの比較
 
電磁界の界等価定理
等価定理の説明

3. 散乱・回折

半無限地板による回折のアニメーション
半無限地板による回折のアニメーション。 FDTD 法で計算。
 
スリットによる回折のアニメーション
スリットによる回折のアニメーション。 FDTD 法で計算。
電磁波の散乱のアニメーション
円筒導体、円筒誘電体、パラボラ、誘電体レンズによる散乱・回折現象のアニメーション。

4. 微小ダイポールからの放射(過渡現象)

微小ダイポールからの放射(過渡現象)のアニメーション
微小ダイポールからの放射(過渡現象)のアニメーション。 FDTD 法で計算。

5. モード解析

モード解析
導波路のモード解析

6. 種々のマイクロ波回路

伝送線路 (Transmission Lines)
マイクロ波回路の基本となる伝送線路について説明します
アンテナ素子 (Antenna Elements)
電磁波を放射する種々のアンテナについて説明します
導波管と伝送線路モデルおよび導波管内の散乱体とその等価回路
方形導波管を例として、伝送線路モデルと等価回路モデルを説明します
チョークとスタブの原理
チョークとスタブの原理を解説します

7. 種々の電磁界解析法

モーメント法入門
境界要素法の一つ。
スペクトル領域法によるMoMリアクションの計算 (PDF)

有限要素法(FEM, finite element method)による電磁界解析入門

FDTD 法

ICT(Improved Circuit Theory)入門: ict.pdf (1,129KB)

8. アンテナ伝搬(Antenna and Propagation)

開口アンテナの利得
アンテナ開口面積と利得の関係。
フリスの伝達公式 (Friis Transmission Equation)
回線設計に使用される。
レーダー方程式 (Radar Range Equation)
レーダーシステムの設計に使用される。
熱雑音レベル (Thermal Noise Level)
熱雑音レベル。受信能力の判断に使われる。
アレーアンテナ (Array Anttena)
アンテナをいくつか並べたもの。指向性を制御できる。

9. 電磁界測定データの信号処理

10. 自然現象

空の色(青空と夕焼け空)
散乱光エネルギーは周波数の4乗に比例するというレイリー散乱の特徴から、青空と夕焼け空RGB値を計算してみる。
青い空、赤い夕焼けの理由と空の偏光特性の実験
青い空、赤い夕焼けについてレイリー散乱で説明し、レイリー散乱特有の空の偏光特性を実験で確認する。
虹について
プリズムと虹の説明。
チンダル現象とミー散乱
チンダル現象とミー散乱についてする。雲が白い理由などが明らかとなる。

全反射の例(海中から斜めに空を見てみる)

ブルースター角の例(水面に映る風景を偏光板で見てみる)

11. 電磁界シミュレータ

電磁界シミュレータ関連のリンク

12. 歴史

電磁波発見の歴史

13. その他

dBの計算


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