電磁波の伝搬とマイクロ波伝送回路
社員研修用の資料 を作成した。ここでは、前書きと後書きを抜粋する。興味のある人は、全体を読んでください。 1. まえがき ある会社の技術顧問として、複素数、デルタ関数、フーリエ変換、線形システム理論、電気回路の交流理論、および、マイクロ波の基礎を講義することになった。私の書いた教科書、「信号処理の基礎」(昭晃堂)を用いることにしている。しかし、この本の内容は、マイクロ波を含んでいない。これに対して、手元に適当な教科書が見当たらなかったので、ここに、新しく書いてみることにした。 まず、 Maxwell の方程式の紹介から始める。ここでは、この偏微分方程式が物理的に意味することを説明する。次に、自由空間での平面波としての電磁波を、 Maxwell の方程式から出発して記述する。ここでは、進行波の性質を、伝搬定数、伝搬速度、波長、直線偏波、円偏波などの概念を用いて説明する。 Maxwell 方程式を用いて高周波回路の解析を行うためには、その回路によって与えられる境界条件を必要とする。それで、異なる媒質が接する面上における電磁界に課せられる条件を示す。完全導体の表面はその特別な場合である。 次に、高周波回路の代表の一つである同軸伝送路を取り上げ、その基本モードである横波( TEM: Transversal Electric and Magnetic field )を仮定して、その電磁界の伝搬を説明する。同軸伝送路については、分布定数 ( インダクタンス L , キャパシタンス C ) 線路として、電圧 ( V ) と電流 ( I ) を用いる従来の交流理論の範囲内で議論する方法がある。しかし、この方法は、 L, C がなぜこのように分布するかは、直ちには理解しにくい。ここでは、円筒座標表示を用いて、 Maxwell 方程式の境界値問題を、 TEM 波を仮定して解く。ここで、天下りの記述はできるだけ避けている。これにより、進行波と反射波、特性インピーダンス、並びに反射係数を定義した。また、整合負荷および電圧定在波比 ( vswr: voltage standing wave ratio) の概念を紹...