오 상 훈 목원대학교 전자정보통신공학부 정보통신전공 전 자 기 학 오 상 훈 목원대학교 전자정보통신공학부 정보통신전공

강의교재 William H. Hayt, Jr. and Jpohn A. Buck, Engineering Electromagnetics, sixth edition, McGraw-Hill, 2000 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

전자파는 정보를 어떻게 전달하는가? 목 차 1. 전자파의 발견 및 발달 1.1 맥스웰 1.2 헤르츠 1.3 마르코니 목 차 1. 전자파의 발견 및 발달 1.1 맥스웰 1.2 헤르츠 1.3 마르코니 1.4 마이크로 웨이브 통신 2. 전자파의 정보전달 메커니즘 2.1 맥스웰 방정식 2.2 파동 방정식 2.3. 평면파 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

1.1 맥스웰(Maxwell) (1831-1879) 전자파의 존재를 이론적으로 예측한 사람은 스코틀랜드 태생의 물리학자 맥스웰(J.C. Maxwell)임. 맥스웰의 이론(1873년)은, 전자파(Electromagnetic wave) 가 광속으로 공간중을 전파하는 것을 예견하였음. 맥스웰의 업적은, 패러데이(M.Faraday)의 전자유도의 발견, 또 캐벤디쉬(H.Cavendish), 쿨롱(C.A. Coulomb)의 전하간에 작용하는 힘의 역2승 법칙의 실험적 검증, 외르스테드(H.C. Oersted)의 전류에 의한 자계 생성의 발견과 수학적 기술에 의한 앙페르(A.M. Ampere) 법칙을 모두 일련의 방정식으로 통합화 하였다는 것임. 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

1.2 헤르츠(Hertz) (1857-1894) 1.3 마르코니(Marconi) (1874-1937) 1885년부터 맥스웰의 이론을 전파의 속도를 측정함으로써 증명. 연구실 안에서 수십에서 수백 Mhz의 전파를 발생시켜, 실내에 생긴 정재파(Standing Wave) 분포를 측정하여 전파의 속도를 실험적으로 계산하였음. 1.3 마르코니(Marconi) (1874-1937) 마르코니는 모노폴 안테나를 고안하여 주파수가 낮은 장파대에서의 무선전송에 의한 가시거리 밖의 통신에 성공하였음. 1.4 마이크로웨이브(초고주파) 통신 레이더 등의 개발에 따른 초고주파 회로소자 및 시스템의 발전에 힘입어, 무선통신도 단파대를 사용하여 대지나 해면과 전리층의 사이를 반사하면서 전파하여, 지구의 반대쪽과의 통신도 가능해짐. 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

2.1 맥스웰 방정식(Maxwell’s equations) 급격히 증대하는 통신회선량의 문제로 해저케이블이나 위성을 이용한 통신이 그 주역이 됨 2.1 맥스웰 방정식(Maxwell’s equations) 맥스웰 방정식중 페러데이 법칙과 앙페르 법칙은 다음과 같이 주어진다. (1) 패러데이의 전자유도법칙 (2) 앙페르의 법칙과 맥스웰의 변위전류항 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

여기서 는 전기변위 또는 전속밀도이며, 는 자속 밀도, 는 전계(강도), 는 자계(강도), 는 전류밀도, 는 변위전류이다. 여기서 는 전기변위 또는 전속밀도이며, 는 자속 밀도, 는 전계(강도), 는 자계(강도), 는 전류밀도, 는 변위전류이다. 전계의 변화가 공간중에 변위전류를 만들고, 그 변위전류가 이어서 자계를 생성한 결과, 전자파가 공간중에 빛의 속도로 전파하는 것을 수식으로 나타내었음. 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

2.2 파동방정식 맥스웰의 미분방정식을 조합시키면 파동방정식이 얻어진다. 맥스웰의 미분방정식을 조합시키면 파동방정식이 얻어진다. 파동방정식은 전계와 자계가 파동으로서 음파와 같이 공간으로 전달되어 감을 의미함. 파동방정식은 전자파가 정보를 전달하는 메커니즘을 나타내는 식임. 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

따라서, 정보(information)는 정현파에 실리게 됨. 2.3 평면파 파동방정식의 해는 보통 정현파(sinusoidal wave) 형태의 평면파로 나타내어짐. 평면파 전계의 형태는, 이며, 여기서 는 진폭이며, 는 각 주파수, 는 파수임. (전파속도 = ) 따라서, 정보(information)는 정현파에 실리게 됨. 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

<그림. 평면파의 전파> 가 된다. 정현파 형태의 평면파가 -방향으로 진행하며 정보를 전달하는 모양을 나타내면, 정현파 형태의 평면파가 -방향으로 진행하며 정보를 전달하는 모양을 나타내면, <그림. 평면파의 전파> 가 된다. 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

Chapter 1. Vector Analysis Scalars & Vectors Scalar: a quantity represented by a single number Vector: a quantity with a magnitude and a direction Vector Algebra A+B=B+A (Commutative law) A+(B+C)=(A+B)+C (Associative law) Mul. of vectors by scalars (r+s)(A+B)=r(A+B)+s(A+B)=rA+rB+sA+sB 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

The Cartesian Coordinate System Fig. 1.2 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

Vectors Components and Unit Vectors Fig. 1.3 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

The Magnitude of a vector A unit vector The Vector Field A vector function of a position vector 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

The Dot Product ( or Scalar Product) 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

The Cross Product 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

The Circular Cylindrical Coordinate System 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학

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The Spherical Coordinate System 목원대학교 전자정보통신공학부 전자기학