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전자기학(전기자기학) 문제풀이Ⅱ
백주기 교수
단국대학교 대학원 통신공학 석사과정
단국대학교 대학원 통신공학 박사졸업
단국대학교 대학원 통신공학 석사과정
단국대학교 대학원 통신공학 박사졸업
인천대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 8개 챕터, 66강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 7장. 정상자계 | ||
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[1강] 정상자계 (1)
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04:
55
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전자기학 정상자계 문제풀이
• 비오-사바르 법칙: 전류선소에 의한 자계 벡터를 외적 및 적분 과정을 통해 계산하는 핵심 원리 학습. • 중첩의 원리: 여러 전류선소에 의한 합성 자계를 각 전류원의 자계를 벡터적으로 합산하여 도출하는 방법론. • 정삼각형 전류 루프 자계: 유한 길이 도체 자계 공식과 대칭성을 활용하여 기하학적 전류 루프 중심의 자계를 효율적으로 계산. |
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[2강] 정상자계 (2)
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1:
13:
23
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정상자계 문제풀이 (2)
• 정상자계 H 계산: 비오-사바르 법칙과 앙페르 주회 법칙을 활용, 다양한 전류 분포(원형, 평행선소, 회전 원판)의 자계 H를 분석. • 헬름홀츠 코일: $h=a/2$ 조건에서 균일 자기장 형성 원리 및 두 원형 고리 자계 H 합성 과정 이해. • 벡터 해석 및 대칭성: 자계 H 유도 시 미소 전류 요소, 위치 벡터 외적, 적분, 대칭성을 통한 문제 해결 능력 강화. |
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[3강] 정상자계 (3)
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1:
06:
47
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전자기학 문제풀이: 정상자계 (3)
• 비오사바르 법칙: 선/면적분 활용, 선소도체, 유한 전류소, 회전 구 등 다양한 전류 분포의 자계 H 계산. • 표면 전류 밀도 K 정의: 전하 밀도와 속도 관계 기반, 벡터 미적분 및 좌표계 변환으로 자계 H 유도. • 정상자계 계산 최적화: 대칭성 고려한 적분 범위 설정, 벡터 연산 간소화로 문제 해결 능력 강화. |
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[4강] 정상자계 (4)
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1:
01:
36
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전자기학 문제풀이 (정상자계 4)
• 자계 계산 기본 원리: 회전 체적전하 구의 전류-자계 관계 및 비오-사바르 법칙을 이용한 중심 자계 분석. • 솔레노이드 자계 특성: 유한 및 무한 솔레노이드의 자계 공식 유도와 길이 변화에 따른 자계 수렴 이해. • 암페어 주회 법칙 응용: 균일 전류밀도 도체판의 중첩 원리를 통한 다중 전류원 자계 분포 계산. |
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[5강] 정상자계 (5)
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1:
06:
47
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**정상자계와 암페어 법칙 문제풀이**
* 암페어 주회 법칙: 정상자계 계산의 핵심 원리로, 시스템 대칭성을 활용하여 속이 빈 원통, 토로이드 등 다양한 기하학적 구조의 자기장 분포를 분석. * 자기장 분포 분석: 암페어 루프 설정과 표면전류밀도(K)를 통해 특정 영역(내부/외부)에서의 자기장 성분 및 총 전류(I)를 정량적으로 계산. * 자계 특성 및 표현: 속이 빈 도체 구조물은 내부에만 유효한 자기장을 가지며, 좌표계에 따른 자기장 벡터 표현이 문제 해결의 필수 요소. |
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[6강] 정상자계 (6)
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20:
20
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전자기학 정상자계 문제풀이 (6)
• 정상자계 핵심 물리량: 전류 밀도(J)·전계(E)·자계(H) 계산 원리 및 상호 관계 학습 • 옴의 법칙(J=σE)·앙페르 법칙·컬 연산자(∇×H=J): 원통·구좌표계 적용 절차 및 문제 해결 • 다양한 도선(가변/이중 도전율): 자계 해석 및 저항(R) 도출 능력 함양 |
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[7강] 정상자계 (7)
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07:
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전자기학 문제풀이: 정상자계 분석
• 전자기학 정상자계 분석: 앙페르 법칙 및 컬 연산자를 활용하여 자기장과 전류밀도 계산 원리 학습 • 비균일 전류밀도 및 회전체 상황에서 총 전류, 내부/외부 자기장, 도전율 도출 과정 이해 • $\nabla \times \mathbf{H} = \mathbf{J}$를 통한 결과 검증 및 원통/구 좌표계 활용 문제 해결 능력 함양 |
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[8강] 정상자계 (8)
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20:
31
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전자기학 문제풀이: 정상자계 (8)
• 정상자계 분석: 비오-사바르 법칙을 활용, 무한 선소도체 배열의 자계 유도 및 면전류판 근사를 통한 비교. • 총 전류 도출: 암페어의 법칙(미분/적분형)을 적용, 주어진 자계세기($H$)의 표면적분 및 폐곡선적분으로 전류 계산. • 스토크스 정리 응용: 원통 좌표계에서 자계($H$)의 컬 연산을 통해 면적분을 경계 선적분으로 변환하여 유효성 검증. |
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[9강] 정상자계 (9)
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1:
18:
09
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전자기학 문제풀이: 정상자계 (9)
• 암페어 주회 적분 법칙 및 스토크스 정리: 전류와 자계의 관계를 규명하고, 컬(∇×H)을 통한 전류밀도(J) 계산 및 선/면 적분으로 검증. • 좌표계별 자계 및 전류밀도 적용: 직각 및 구좌표계에서 암페어 법칙과 스토크스 정리를 활용하여 자계(H)와 전류밀도(J)를 계산하고 분석. • 도체 내부/외부 자계 특성: 전류 분포에 따른 자계세기(H), 자속밀도(B), 전류밀도(J) 분석 및 ∇×H = J 관계 이해. |
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[10강] 정상자계 (10)
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1:
14:
30
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전자기학 문제풀이 (정상자계 10)
* 정상자계 핵심 개념: 전계(E), 전류 밀도(J), 자계(H), 자속 밀도(B), 총 자속(Φ) 간의 상호 관계 및 계산 절차 학습. * 암페어 주회 적분 법칙: 도체, 원통 껍질, 토로이드 등 다양한 구조에서 자계(H) 및 총 자속(Φ) 계산에 적용. * 벡터 미적분 원리: 스칼라 포텐셜 경도의 벡터 회전($\nabla \times (\nabla G)$)이 0임을 증명하며 기본 벡터 항등식 이해. |
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[11강] 정상자계 (11)
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1:
02:
48
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전자기학 문제풀이: 정상자계 및 전자기 포텐셜
• 정상자계 원리: 암페어의 주회 적분 법칙을 이용한 자기장(H) 및 자속 밀도(B), 총 자속(Φ) 계산. • 자기 포텐셜 개념: 자기 스칼라 포텐셜(Vm)과 자기 벡터 포텐셜(A)의 정의 및 H, B와의 관계(∇ 연산). • 전자기 현상 분석: 다양한 도체 배열(전류판, 토로이드 등)에 벡터 연산 적용, 자유 공간 및 경계 조건 활용. |
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[12강] 정상자계 (12)
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전자기학 정상자계 문제풀이
• 벡터 자위 $\mathbf{A}$: 미소 전류 루프의 자계 강도 $\mathbf{H}$ 유도 과정 및 $\nabla \times \mathbf{A} = \mathbf{B}$ 관계 적용 원리 • 평면 전류판 자계: 자계 강도 $\mathbf{H}$, 자기 스칼라 포텐셜 $V_m$, 자속 밀도 $\mathbf{B}$, 벡터 자위 $\mathbf{A}$ 계산 절차 및 상호 관계 분석 • 스토크스 정리: 벡터 자위의 선적분과 자속의 면적분($ \oint \mathbf{A} \cdot d\mathbf{L} = \iint \mathbf{B} \cdot d\mathbf{S} $) 증명 원리 및 전자기학 핵심 연산 활용 |
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[13강] 정상자계 (13)
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1:
25:
36
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전자기학 정상자계 문제풀이 (13)
• 벡터 전위와 자속 밀도: 동축선로 및 솔레노이드 정상자계에서 암페어 법칙과 스토크스 정리 활용 자계 분석 및 계산 • 벡터 항등식 증명: 그래디언트·컬·다이버전스·벡터 라플라시안 연산을 통한 주요 항등식의 수학적 전개 및 좌표계 적용 • 복잡한 정상자계 계산: 동축선로 외부 도체와 같은 특정 영역에서 전류 밀도, 자계, 자속 밀도, 벡터 자위 순차적 계산 및 적분 상수 결정 |
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| 8장. 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 | ||
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[14강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (1)
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55:
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전자기학 문제풀이: 자기력과 전하의 운동
* 전하의 동역학: 전기장 및 자기장 내 전하가 받는 로렌츠 힘과 뉴턴의 운동 법칙을 적용하여 위치, 속도, 운동 에너지 변화 분석. * 로렌츠 힘 계산: 전기력 $q\mathbf{E}$와 자기력 $q(\mathbf{v} \times \mathbf{B})$를 벡터 합산하여 전하의 총 힘 및 가속도 방향 도출. * 사이클로트론 주파수: 균일 자기장 내 전하의 원형 궤도 운동 원리 및 궤도 반경과 무관한 각속도, 주기 유도. |
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[15강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (2)
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15:
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원통 껍질 자기력 및 도체 띠 간의 힘 계산
* 자기장 상호작용: 원통 껍질 회전력, 도체 띠 간 인력 및 반발력의 계산 원리 학습 * 벡터 미적분 및 전자기학 법칙: 자기장 유도와 전류소에 작용하는 힘을 정량적으로 분석 * 테일러 급수 활용 근사식: 도체 띠 사이 힘의 복잡한 물리 현상을 수학적으로 단순화하여 유도 |
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[16강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (3)
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54:
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전자기학 문제풀이: 자기력과 자성체 및 인덕턴스 (3)
• 자기력 계산: 전류 도체 간 자기장 유도 및 로렌츠 힘을 이용한 힘의 크기와 방향 분석. • 자기장 법칙 및 힘의 종류: 앙페르/비오-사바르 법칙으로 자기장을 구하고, 평행 전류 도체 간 인력 및 반발력 결정. • 문제 해결 전략: 대칭성 및 근사 조건 활용으로 계산 효율 증대 및 전류 방향에 따른 자기력 예측. |
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[17강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (3)
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10:
17
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전자기학 문제풀이: 자기력과 자성체, 인덕턴스 (4)
* **자기력 및 회전력 계산:** 비오-사바르 법칙과 로렌츠 힘을 적용하여 무한/유한 전류선소 및 솔레노이드에 작용하는 자기력과 회전력 산출. * **자속 밀도 및 벡터 연산:** 자속 밀도($\mathbf{B}$) 도출, 미소 자기력($d\mathbf{F}$)과 회전력($d\mathbf{T}$)을 벡터 곱으로 계산하고 적분하여 총 힘 및 회전력 결정. * **전자기 문제 해결 기법:** 좌표계 변환, 위치/미소 길이 벡터의 정확한 정의 및 특수 함수 적분을 통한 복잡한 전자기학 문제풀이 최적화. |
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[18강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (4)
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15:
07
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전자기학 문제풀이: 자기력, 자성체, 인덕턴스 (5)
• 전자 궤도 운동: 자기 쌍극자 모멘트와 자기장에 의한 회전력 유도, 쿨롱 힘 및 원심력 평형을 통한 전자의 각속도 도출. • 외부 자기장 영향: 전자의 각속도 및 궤도 모멘트 감소율 분석. • 전류 루프 회전력: 균일 및 불균일 자기장에서 정방형 루프에 작용하는 벡터 회전력 계산 방법론 습득. |
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[19강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (5)
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16:
44
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자기력 및 자성체 인덕턴스 응용 문제풀이
• 자성체 내 자계 관련량: 자계 세기(H), 자속 밀도(B), 자화(M) 및 투자율(μ), 자화율(χ_m) 간의 정의와 상호 관계식 분석. • 자기장 해석 방법: 암페어 주회 법칙 기반 자유 전류(J)와 속박 전류(J_B) 밀도로부터 자계(H), 자속 밀도(B), 자화(M) 계산. • 자성체 구조 분석: 원통형 선 및 동축선로와 같은 다층 자성체 구조 내 자계 관련량 변화 이해 및 응용 문제 해결. |
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[20강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (6)
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14:
55
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전자기학 문제풀이: 자기력, 자성체, 인덕턴스
• 전자기학 자기장 분석: 불균일 자성체 및 동축 도선 내 자계($\vec{H}$)와 자속 밀도($\vec{B}$) 계산 원리 학습. • 솔레노이드 자기 선속: 비투자율 변화에 따른 내부 자속 밀도 분포 및 총 자기 선속 조건(분할) 결정. • 매질 경계면 자계: 법선 자속 밀도와 접선 자계의 연속성 경계 조건 적용 및 자계 성분, 입사/굴절 각도 분석. |
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[21강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (7)
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22:
59
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전자기학 문제풀이: 자기력, 자성체, 인덕턴스
• 전자기학 문제풀이: 자기회로 분석, 자기저항 및 기자력을 활용한 자속·자속밀도 계산. • 인덕턴스 개념: 암페어 주회 법칙 및 적분을 통한 자기인덕턴스, 상호인덕턴스 도출. • 자성체 특성: 자화곡선을 이용한 비선형 자성체 해석 및 공극이 자속에 미치는 영향 분석. |
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[22강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (8)
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전자기학 문제풀이: 자기 에너지 및 인덕턴스 계산
• 자기장 및 자속 밀도 계산: 동축선로, 토로이드 등 주요 구조에서 암페어 회로 법칙을 적용, 자기장(H) 및 자속 밀도(B) 도출. • 자기에너지 산출: 자기장(H) 기반 에너지 밀도($w_m$)를 체적 적분하여 저장된 총 자기에너지($W_m$) 계산. • 인덕턴스 유도: 자기에너지($W_m$) 또는 총 자속(Φ)과 전류(I) 관계식을 활용, 인덕턴스(L) 결정. |
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[23강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (9)
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1:
19:
31
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전자기학: 토로이드, 도체판, 동축선로, 사각코일 인덕턴스 계산
• 인덕턴스 계산 절차: 앙페르 법칙으로 자계(H)를 도출하고, 자속 밀도(B)와 총 자속(Φ)을 계산하여 인덕턴스 값을 결정. • 자기/상호 인덕턴스: $L=N\Phi/I$ 관계식 또는 자기 에너지법을 활용, 토로이드, 도체판, 동축선로 등 다양한 구조물의 인덕턴스 도출. • 매질 및 기하학적 변화: 다중 유전체 투자율과 코일 위치 등 기하학적 구조 변화에 따른 자속 쇄교 및 인덕턴스 분석. |
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[24강] 자기력과 자성체, 그리고 인덕턴스 (10)
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0:
59:
16
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전자기학 문제풀이: 자기력, 자성체 및 인덕턴스
• 인덕턴스 계산 원리: 원형링 상호 인덕턴스, 원통형 도선 내부 및 2선식 전송선로 외부 인덕턴스를 자기장·자속·에너지 관계식으로 유도. • 2선식 전송선로 인덕턴스 근사: 외부 인덕턴스 근사식 도출 및 근사 조건(d >> a)에 따른 타당성 분석. • 자화된 매질의 자위 방정식: 스칼라 및 벡터 자위 정의를 활용하여 포아송/라플라스 방정식 유도 및 등가 자하/전류밀도 관계 증명. |
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| 9장. 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 | ||
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[25강] 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (1)
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09:
07
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전자기학 문제풀이: 시변 전자계와 맥스웰 방정식
• 패러데이 유도 법칙: 시변 자기장 및 도체 운동에 따른 유도기전력(emf) 및 유도전류($I$) 계산 원리 • 자속($\Phi$) 계산: 다양한 기하학적 형태와 시공간적 자기장 변화에 대한 면적분 $\int \vec{B} \cdot d\vec{S}$ 및 시간 미분 절차 • 맥스웰 방정식 응용: 회전 루프 벡터 해석, 렌츠의 법칙을 통한 전류 방향 결정 및 교류 신호 실효치(RMS) 이해 |
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[26강] 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (2)
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1:
04:
52
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전자기학 문제풀이: 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식
• 패러데이 법칙과 맥스웰 방정식: 시간에 따른 전자기장 변화로 유도 기전력 및 전류 계산 원리 학습. • 유도 기전력 및 전류: 자속 변화 및 도체 이동에 따른 발생 원리와 렌츠의 법칙 적용 방법. • 전도 및 변위 전류밀도: 매질 특성 및 전계 형태별 진폭 비 분석과 저항성 전력 계산. |
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[27강] 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (3)
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20
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전자기학 맥스웰 방정식 문제풀이
• 맥스웰 방정식 응용: 동축선로 전도·변위 전류 계산, 자유공간 전자기장($E$, $H$, 파수 $k_0$) 분석 및 유도 원리 학습. • 맥스웰 방정식 심화: 특정 조건($E=0, H=0$)에서의 물리적 의미 해석 및 전하 보존 법칙인 연속방정식($\nabla \cdot J + \partial \rho_v / \partial t = 0$) 유도 이해. • 전자기학 문제 해결: 벡터 미분 연산자(curl, divergence) 및 구형, 원통형 좌표계 적용 능력 강화. |
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[28강] 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (4)
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1:
16:
10
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전자기학 문제풀이: 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (4)
• 맥스웰 방정식: 시간에 따라 변하는 전자기장 분석 및 전계·자계의 상호 관계 규명. • 전자기장 계산 절차: 컬 연산, 패러데이·맥스웰-앙페르 법칙을 활용한 미지수 및 물리량 도출. • 변위전류와 좌표계: 변위전류 밀도·총 변위전류 계산 및 원통 좌표계 컬 연산 적용. |
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[29강] 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (5)
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05
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전자기장 및 맥스웰 방정식 문제풀이 (5)
• 전자기 기본 법칙: 맥스웰 방정식을 통한 시간 의존성 분석, 정상자계 조건 및 벡터 자위를 활용한 암페어 주회법칙과 페러데이 법칙 유도. • 전자기 파동 방정식: 무전원 매질에서 맥스웰 방정식을 기반으로 전계 2차 편미분 방정식을 유도하고 파동 해를 검증. • 벡터자위 계산: 평행 전송선로 내 주어진 전계로부터 맥스웰 방정식을 활용하여 벡터 자위 도출 방법론 숙달. |
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[30강] 시간에 따라 변하는 전자계와 맥스웰 방정식 (6)
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0:
59:
04
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전자기학 시변 전자계 맥스웰 방정식 문제풀이 (6)
* 벡터 자위 및 지연 전위/벡터 자위: 시변 전자기장($\mathbf{E}, \mathbf{H}, \mathbf{B}, \mathbf{D}, V$) 계산 및 파수 도출 절차 분석. * 로렌츠 게이지 조건: 지연 전위와 지연 벡터 자위의 조건 만족 확인 및 자유 공간 맥스웰 방정식 유효성 검증. * 맥스웰 방정식 쌍대 원리: 무전하 매질에서 $\epsilon \leftrightarrow \mu, \mathbf{E} \leftrightarrow -\mathbf{H}$ 변환 시 방정식의 불변성 분석 및 회로 이론 확장. |
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| 10장. 전송선로 | ||
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[31강] 전송선로 (1)
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15:
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전송선로 문제풀이 요약 (1)
• 전송선로 파라미터 계산: 선로정수(R,L,G,C) 기반 전파상수(γ), 특성 임피던스(Z₀) 도출 및 복소수 위상 처리 • 전송선로 파동 분석: 무손실/손실 선로에서의 파동 진행 방향, 반사, 정재파 현상 및 가우시안 펄스 에너지 계산 • 합성 파동 및 전력: 복수의 전압파 합성, 순간 전류파 표현 및 손실 선로에서의 평균 전력(P_avg) 계산 원리 |
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[32강] 전송선로 (2)
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1:
29:
58
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전송선로 이론 및 문제풀이: 손실, 반사, 임피던스 정합
• 전송선로 손실 및 반사: 감쇠정수, 반사계수 기반 전력 손실·수신·반사 전력 계산 원리 및 절차. • 임피던스 정합: 1/4 파장 변환기를 활용한 정합 원리, 주파수 변화 영향 및 정재파비(VSWR) 분석. • 전압 파동식 분석 및 단위: 복소수 전압 파동식 합성 및 실수 변환, dB/Neper/dBm 등 전력 단위 변환 적용. |
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[33강] 전송선로 (3)
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1:
29:
20
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전자기학 전송선로 문제풀이
• 최대 전력 전달 조건: 입력 임피던스 정합과 선로 길이 계산을 통한 전력 효율 최적화 원리 분석. • 전송선로 특성: 표피효과에 따른 손실, 무손실 선로의 입력 임피던스 및 주파수별 동작 특성 분석. • 임피던스 변환: 4분의 1 파장 변환기 활용 및 전압 파동 이론 기반 출력 전압, 소모 전력 계산. |
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[34강] 전송선로 (4)
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1:
21:
52
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전자기학 문제풀이: 전송선로 (4)
* 전송선로 파라미터: 특성 임피던스($Z_0$), 위상 속도($v_p$), 위상 상수($\beta$) 계산 및 $\lambda/4$ 선로 입력 임피던스 분석 * 전송선로 입력 임피던스: 복소 부하, 단락 선로, 주파수 변화에 따른 임피던스 변화 계산 * 평균 전력 및 정재파비(SWR): 병렬 회로에서의 부하 전력, 반사 계수를 활용한 SWR 계산 절차 및 유의점 |
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[35강] 전송선로 (5)
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1:
18:
47
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전송선로 문제풀이 (5) 및 스미스 도표 활용
* **전송선로 파라미터 계산**: 정재파비(SWR)·반사 계수($\Gamma$)·입력 임피던스($Z_{in}$)·전류·전력 등 전송선로 핵심 파라미터의 정의와 계산 절차 학습. * **스미스 도표 기본 활용**: 정규화된 임피던스 변환, VSWR 원, WTG/WTL 스케일 등 스미스 도표 구조를 이용한 미지 임피던스 및 반사 계수 분석. * **스미스 도표 응용**: 완전 저항 입력 임피던스, 최대/최소 전압점 등 특정 조건을 만족하는 최단거리 계산 및 선로 길이 변화에 따른 임피던스 궤적 파악. |
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[36강] 전송선로 (6)
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1:
12:
55
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전송선로 문제풀이 6
• 전송선로 파라미터 계산: 스미스 도표를 활용하여 임피던스, 어드미턴스, 정재파비 등 핵심 파라미터 도출 • 정규화 임피던스/어드미턴스 분석: 스미스 도표의 부하/발생기 방향 이동 및 최소/최대 전압점 관계를 통해 파라미터 산출 • 정재파(Standing Wave) 특성: 반사계수를 이용한 전압 분포 계산 및 단락 조건에서의 파장 결정 원리 |
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[37강] 전송선로 (7)
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10:
43
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전자기학 문제풀이: 전송선로 정합 및 분석
• 전송선로 임피던스 정합: 스미스 차트로 복소 임피던스 및 어드미턴스를 분석하여 반사파 제거와 정재파비 1을 달성. • 스터브 정합 설계: 단락/개방 스터브의 직렬/병렬 연결법을 통해 최단 임피던스 정합 길이 및 커패시턴스를 산출. • 전압/전류 반사 분석: 반사 계수 및 반사 다이어그램을 활용하여 전송선로의 과도 응답과 부하에서의 전압/전류를 분석. |
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[38강] 전송선로 (8)
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1:
13:
30
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전송선로 문제풀이: 전압 및 전류 파형 분석
• 전송선로 파형 분석: 전압 반사 다이어그램 활용, 다양한 부하 및 전원 조건에서의 전압 및 전류 파형 변화 해석 • 반사 계수($\Gamma_L, \Gamma_g$): 특성 임피던스와 부하/전원 저항 기반 계산, 파형 진행 및 중첩 예측 핵심 • 동적 전송선로 해석: 스위치 개폐 및 초기 충전 시 전압파 생성, 진행, 중첩 및 정상 상태 수렴 과정 분석 |
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| 11장. 균일 평면파 | ||
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[39강] 균일 평면파 (1)
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전자기학 문제풀이: 균일 평면파
• 균일 평면파 기본 개념: 벡터 헬름홀츠 방정식 해 검증 및 위상 속도, 파장 등 핵심 파라미터 정의. • 매질별 파동 전파 분석: 무손실 매질, 자유 공간에서 전계, 자계, 포인팅 벡터 및 안테나 파장 계산. • 정재파 및 복합 파동: 역방향 전파파 중첩을 통한 전력 밀도 분포 및 군속도 유도. |
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[40강] 균일 평면파 (2)
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09:
07
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전자기학 문제풀이: 균일 평면파 심화 (2)
• 균일 평면파 특성: 전파 방향, 편파 분석, 고유 임피던스, 시평균 포인팅 벡터 계산 및 감쇠·투과 깊이 관계 이해. • 구좌표계 전자기파: 자계, 포인팅 벡터, 평균 전력 계산 및 $E_0(R)$ 함수와의 관계 도출. • 불균일 평면파(Evanescent Wave): 맥스웰 방정식을 이용한 자계 성분 도출 및 분산 관계식 유도. |
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[41강] 균일 평면파 (3)
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균일 평면파의 매질 특성 및 포인팅 벡터 분석
• 균일 평면파 전파 특성 분석: 고유 임피던스 및 자계로부터 전계, 시간 평균 포인팅 벡터 도출 방법론 이해. • 매질 특성 분류 및 파동 상수 계산: 손실 탄젠트를 이용한 좋은 전도체·유전체 구분, 감쇠·위상 상수, 고유 임피던스, 6dB 물질 두께 산출. • 복소 전파 상수 및 고유 임피던스 역산: 주어진 파동 상수로부터 매질의 투자율, 유전율 실·허수부 도출 절차. |
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[42강] 균일 평면파 (4)
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균일 평면파 문제 풀이 (전도체 및 유전체 특성 분석)
• 균일 평면파 전파 분석: 다양한 매질(전도체, 유전체) 특성 기반 감쇠상수, 위상상수, 파장 등 전파량 계산 • 매질 특성 분류: 손실 기준 매질(양도체, 유전체) 구분과 감쇠상수, 위상상수, 표피 깊이, 전파 거리 산출 • 포인팅 정리: 전도 매질 내 균일 평면파의 단위 체적당 시간 평균 전력 손실 유도 및 확인 |
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[43강] 균일 평면파 (5)
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57:
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전자기학: 균일 평면파 및 포인팅 정리 문제풀이
• 전자기장 분석: DC 전압 도선 내 전계, 자계, 포인팅 벡터 계산 및 포인팅 정리의 에너지 보존 검증. • 균일 평면파 특성: 좋은 유전체 매질에서 파동 감쇠, 위상 상수, 유전율, 고유 임피던스 해석. • 전력 계산: 페이저 자계 활용 및 시간 평균 포인팅 전력을 통한 특정 면적 입사 전력 산출. |
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[44강] 균일 평면파 (6)
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09:
21
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전자기학 문제풀이 (균일 평면파)
* 전자기장 분석: 맥스웰 방정식, 암페어 법칙을 활용하여 동축 실린더 및 전도성 파이프 내외부의 전계(E)·자계(H) 분포 및 파동 특성 분석. * 에너지 전달 계산: 유전체, 도체, 공기 매질에서 시간 평균 포인팅 벡터 및 단면적을 통한 총 평균 전력 계산 원리 학습. * 원통 좌표계 적용: 다양한 매질의 전자기적 특성(유전율, 투자율, 전도율)을 반영한 전자기장 및 전류 밀도 정량적 해석. |
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[45강] 균일 평면파 (7)
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02:
23
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전자기학 문제풀이: 균일 평면파
• 표피 두께($\delta$): $\delta=1/\sqrt{\pi f \mu \sigma}$ 정의 및 주파수, 도전율, 투자율에 따른 도체 전류 분포와 AC 저항 계산 원리. • 도체 단위 길이당 저항: 동축 및 파이프형 도체의 DC/AC 주파수별 저항($R'$) 계산 절차와 표피 효과 적용. • 전송선로 전파 상수: 양호 도체 전계 감쇠($\alpha=\beta=1/\delta$), 투과 깊이($\delta$), 동축선로 R'L'C' 기반 전파 상수($\gamma=\alpha+j\beta$) 도출. |
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[46강] 균일 평면파 (8)
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전자기학 문제풀이: 균일 평면파
• 균일 평면파 기본 특성: 매질(양도체, 유전체)별 감쇠 상수, 파장, 위상 속도 계산 및 전파 거동 분석. • 전자기파 편파 분석: 자유공간 및 이방성 매질 내 선형, 원형 편파 정의와 조건 도출. • 자계 및 평균 전력밀도 유도: 전계 페이저를 활용한 자계 유도 및 포인팅 벡터를 통한 파의 에너지 전송률 계산. |
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[47강] 균일 평면파 (8)
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42:
00
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균일 평면파 문제풀이: 비등방 매질 및 편파
• 비등방 매질 편파 분석: 균일 평면파의 원형/선형 편파 조건 이해 및 매질 길이, 위상차 계산. • 복소수 고유 임피던스: 자기장($H_s$)과 시평균 전력 밀도($S_{avg}$) 계산 절차 및 공식 적용. • 타원 편파 선형 변환: 타원 편파를 선형 편파로 만들기 위한 위상 천이 조건($\delta$) 제시. |
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| 12장. 평면파 반사와 분산 | ||
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[48강] 평면파 반사와 분산 (1)
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평면파 반사 및 분산 문제 풀이
• 평면파 경계면 거동: 매질별 고유 임피던스 차이에 따른 반사 및 투과 현상 분석 • 반사 및 투과 계수: 양도체, 유전체, 손실 매질의 전도율, 유전율, 투자율을 활용한 전력 분배 계산 • 손실 매질의 감쇠 현상: 감쇠 상수 계산 및 전력 밀도 감소를 dB 단위로 해석하는 원리 이해 |
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[49강] 평면파 반사와 분산 (2)
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전자기학 문제풀이: 평면파 반사와 분산 (2)
* 평면파 전자기 특성: 동작 주파수, 고유 임피던스, 반사계수 계산 원리 이해. * 다층 매질 분석: 입력 임피던스를 이용한 정재파비(SWR) 및 최대 전계 위치 산출. * 손실 매질 전력 손실: 감쇠율과 반사계수를 고려한 총 손실(dB) 계산 및 왕복 이동 효과 분석. |
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[50강] 평면파 반사와 분산 (3)
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평면파 반사 및 분산 문제풀이
• 평면파 반사/투과 현상: 다양한 매질 경계면에서 고유 임피던스, 반사 계수, 정재파비를 이용한 전력 비 및 매질 특성(유전율, 손실 탄젠트) 분석. • 전자기파 파라미터 계산: 파장, 주파수, 전계 위치를 활용하여 미지 물질의 고유 임피던스 및 비유전율($\epsilon_r'$) 도출 절차 이해. • 편광 및 주파수 영향 분석: 평면파의 경계면 반사 및 투과 시 발생하는 편광(좌/우선원) 변화와 주파수 증감에 따른 전력 분율 변화 원리 파악. |
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[51강] 평면파 반사와 분산 (4)
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평면파 반사 및 분산 문제풀이
• **평면파 반사 기본:** 완전도체에 수직 입사하는 좌선원편파의 총 전계(페이저/순시) 및 정재파/원형 편광 특성 분석. • **다층 유전체 파동 제어:** 재귀반사 프리즘 설계, $\lambda/4$ 반사방지 코팅, 완전 투과 및 전력 투과율 계산 원리 학습. • **매질 경계 조건 활용:** 전반사, 임피던스 정합, 반사계수 개념을 통한 굴절률 및 입력 임피던스 관계 도출. |
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[52강] 평면파 반사와 분산 (5)
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평면파 반사 및 다층 매질 문제 풀이
• 평면파 반사 위상천이: 완전 도체 유리판 두께($\lambda/2, \lambda/4$)에 따른 입력 임피던스 및 반사 계수 계산을 통한 위상 변화 원리 이해. • 다층 슬래브 파동 전달/반사: 반파장 공극 조건의 완전 전달 및 1/4 파장 변환기 원리를 활용한 최대 반사 스택 구조 분석. • 손실 매질 평면파 전력비: 양호한 도체(해수)에서 스넬의 법칙, 고유 임피던스 계산을 통해 S/P 편파별 반사 및 투과 전력비 비교. |
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[53강] 평면파 반사와 분산 (6)
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03:
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전자기학 평면파 반사와 분산 문제풀이
* **브뤼스터 각 (Brewster's Angle)**: p-편파 반사파 소멸 원리 및 $\tan\theta_B = n_2/n_1$ 공식을 활용하여 편파 필터링과 브뤼스터 프리즘 설계. * **전반사 및 임계각 (Total Internal Reflection & Critical Angle)**: 빛이 고밀도에서 저밀도 매질로 입사 시 발생하는 현상으로, $\sin\theta_c = n_2/n_1$을 이용해 유전체 도파관 내 빛 가둠 조건 및 수치 개구(NA) 계산. * **편파 및 광학 소자 설계**: 우현형 편파의 경계면 반응 분석 및 브뤼스터 각·임계각 복합 조건을 통한 굴절률 관계 도출로 전자기파 특성 이해. |
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[54강] 평면파 반사와 분산 (7)
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전자기학 평면파 반사 및 분산 문제 풀이
* 전자기학 평면파 반사/투과: 브루스터 각·임계각을 활용한 s/p-편파 빛의 삽입 손실, 무반사 방향 전환 설계 원리 분석. * 양도체 전자파 특성: 군속도·위상속도 비율 계산 및 굴절률의 파장 의존성에 따른 군지연·2차 분산항($\beta_2$) 도출. * 광 펄스 분산: 2차 분산항이 펄스 넓어짐에 미치는 영향 분석 및 분산 보상을 통한 펄스 왜곡 제어 방법론 제시. |
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| 13장. 유도파 | ||
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[55강] 유도파 (1)
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전자기학 유도파 문제풀이 (1)
• 전송선로 파라미터: 동축선로 및 평행 2선 전송선로의 특성 임피던스, RLGC 파라미터 계산 및 도체 반경 결정 원리. • RLCG 계산 핵심 요소: 표피 두께 활용 저항(R) 계산 및 손실 탄젠트를 통한 컨덕턴스(G) 산출 절차. • 도전율 적용 구분: 도체 도전율과 유전체 도전율을 구분하여 R, G 파라미터에 적용하는 방법론. |
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[56강] 유도파 (2)
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전자기학 유도파 전송선로 문제풀이
* **전송선로 기본 파라미터**: 2선, 동축, 스트립 선로의 특성 임피던스($Z_0$), 위상 속도($v_p$), 감쇠 상수($\alpha$) 등 핵심 파라미터 계산 원리 및 적용. * **전송선로 성능 최적화**: 동축 전송선로에서 표피 효과 손실 최소화 및 최대 전력 전달 조건을 위한 기하학적 구조(b/a) 분석. * **유전체 특성 및 무왜곡 조건**: 절연체 유전상수($\epsilon_r'$)와 유전체 손실 탄젠트($\tan \delta$) 계산 및 무왜곡 조건($RC=GL$)을 통한 전송선로 성능 분석. |
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[57강] 유도파 (3)
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33
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전자기학 문제풀이: 유도파 (3)
* 전송 선로 치수 결정: 2선로, 평판, 동축 선로의 특성 임피던스 및 최대 크기 조건에 따른 기하학적 치수 도출 원리. * 마이크로스트립 라인 파라미터: 실효 유전율($\epsilon_{r,eff}$) 및 폭-두께 비율($w/d$) 계산 공식 적용 및 특성 분석. * 선로 접합부 전력 손실: 임피던스 부정합에 따른 반사 계수($\Gamma$)와 dB 단위 전력 손실 계산 절차. |
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[58강] 유도파 (4)
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32
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평행판 도파관 모드 및 전파 특성 분석
• 평행판 도파관 모드 전파: TE, TM, TEM 모드의 차단 주파수/파장 및 전파 가능 조건 분석 • 전파 특성 계산: 도파관 매질(n, $\epsilon_r'$, d)과 모드 수(m)에 따른 군속도, 군지연 차이 계산 • 유전체 경계면 무반사 전파: 브루스터 각 조건 활용, 단일 TM 모드의 반사 손실 없는 전파 주파수 결정 |
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[59강] 유도파 (5)
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전자기학 유도파 문제풀이
• **도파로 전파 특성**: 경계면 전반사 현상, 차폐 주파수 및 단일 모드 동작 조건을 통해 도파로의 모드 특성과 전파 환경 분석. • **도파로 설계 및 전자기장**: 특정 주파수 동작을 위한 도파관 크기 설계 및 TE11 모드 스트림라인 방정식 유도. • **전력 전달 분석**: TE10 모드 평균 전력 밀도 및 전송 전력 유도를 통한 도파로 내 파동 에너지 전달 이해. |
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[60강] 유도파 (6)
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02
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전자기학 유도파 및 광섬유 문제풀이
• 전자기파 분산 특성: 그룹분산 파라미터 유도, 펄스 확장 분석 및 제어를 통한 도파로 성능 최적화 원리 이해. • 슬래브 도파로 전파: 모드 수, 단일모드 조건, 위상 속도, 앙각 계산을 통한 도파관 구조 및 파동 거동 분석. • 광섬유 단일모드 설계: 코어 및 모드계 반경, 차단 파장, V-수 관계를 활용한 광섬유 성능 예측 및 최적화. |
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| 14장. 전자기방사와 안테나 | ||
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[61강] 전자기방사와 안테나 (1)
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전자기방사와 안테나 문제풀이 핵심 요약
• 짧은 다이폴 안테나: 전계 순시 방향, 방사 전력 비 계산 및 구/직각 좌표계 변환 과정 학습. • 복사 패턴: 전계 및 전력 밀도의 반감 궤적을 이용한 방사 특성 시각화 원리 이해. • 다중 안테나 시스템: 각 안테나 전계 기여도 분석 및 중첩 원리를 통한 총 전계 계산 방법론 적용. |
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[62강] 전자기방사와 안테나 (2)
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전자기 방사와 안테나 문제풀이
* 전자기 방사 및 안테나 기초: 헤르츠 다이폴 근접장/원거리장 전계·자계 특성 분석, 포인팅 벡터를 통한 전력 밀도 계산 원리 이해. * 복사 저항 계산: 짧은 전류소의 균일·선형·계단형 전류 분포에 따른 복사 저항 산출 및 안테나 성능 평가 방법 학습. * 다이폴 안테나 비교 및 설계: 자기 다이폴·헤르츠 다이폴 방사 전력 관계 분석, 선형 전류 분포 안테나 최대 전류 계산으로 안테나 설계 이해. |
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[63강] 전자기방사와 안테나 (3)
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전자기 방사 및 안테나 문제풀이: 주요 개념 및 계산
• 안테나 기본 원리: E평면 시위 길이, 모노폴/다이폴 안테나의 전류 분포, 복사 전력, 방사 저항 등 핵심 파라미터 계산. • 안테나 성능 분석: 다이폴 안테나 E평면 패턴 영점, 지향성, 반전력 빔폭, 주엽/부엽 세기비 정의 및 해석. • 전자기장 해석 기법: 짧은 전류소의 복사계 위상 변화 분석 및 중첩 원리를 이용한 다중 소스 필드 계산. |
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[64강] 전자기방사와 안테나 (4)
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46:
57
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전자기방사와 안테나 문제풀이 (4)
• 다이폴 안테나: E-평면 방사 특성 분석, 부엽 레벨, 최대 지향성 계산 및 방사/수신 전력 산출. • 반파장 및 전파장 다이폴 안테나: 방사 저항을 통한 총 방사 전력과 특정 개구면에서의 수신 전력 계산. • 2소자 다이폴 배열: 상대적 전류 위상 및 소자 간격 설계를 통한 방사 패턴 분석, null 및 최대값 발생 지점 예측. |
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[65강] 전자기방사와 안테나 (5)
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03:
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전자기 방사와 안테나 문제풀이 (5)
• 엔드파이어 배열: 주파수 및 전류 위상 변화에 따른 최대 방사 방향과 전면-후면 비(FBR) 분석. • 교차 다이폴 안테나: 방사 전계 편파 특성 및 특정 편파 생성을 위한 상대 위상 조건 결정. • 선형 배열: 소자 개수·간격 최적화를 통한 최대 방사 위상, 전면-후면 비, 상대 방사 세기 계산. |
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[66강] 전자기방사와 안테나 (6)
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53:
47
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전자기 방사 및 안테나 문제풀이
• 안테나 배열 지향성: 엔드파이어 및 브로드사이드 배열의 소자 간격, 소자 수 기반 한센-우드야드 조건 및 빔 폭 계산 원리 학습 • 전력 전달 및 수신: 프리스 전송 방정식과 상호 임피던스 대칭성을 활용한 송수신 전력 효율 분석 및 계산법 이해 • 반파장 다이폴 안테나 특성: 최대 유효면적, 지향성, 전류 크기 간 관계 및 최적 수신 조건 분석 |
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백주기 교수님
전자기학(전기자기학) 문제풀이Ⅱ
