Microwave Engineering (초고주파공학)

1. 공지사항

ㅇ Grading: 출석 15% (과제제출로 확인), 과제 15%, 중간시험 35%, 기말시험 35%

ㅇ Textbook:

- 원서: D. M. Pozar, Microwave Engineering, 4th Ed., Wiley, 2015.

- 번역서: 마이크로파공학 (D. M. Pozar 저), 고지환 역, 한티에듀, 2020.

ㅇ 과제용 학생고유번호 PIN: 학교에 등록된 자신의 이동전화 끝 4자리. 단 각 숫자가 0인 경우 순차적으로 1, 2, 3, 4로 대체. 예시: 4321 → 4321, 4010 → 4112

ㅇ 과제 제출: eCampus에 업로드. 다음 주 수업일 23:59까지. 수기답안 촬영하여 업로드

ㅇ 실습결과 제출: eCampus에 업로드. 대면학생=수업시간 내, 비대면학생=다음 주 수업일 23:59까지. 소스코드와 코드실행 결과를 MS워드문서(*.doc, *.docx)로 만들어 업로드

ㅇ 강의실 수용인원 초과와 Covid-19 확산방지를 위해 3그룹으로 나누어 각 그룹별 4주씩 대면 수업. 그럼에도 모두 대면수업으로 공부하고자 하는 학생은 강의실 출석할 수 있음.

1그룹(1-4주): 이기*(2학년), 강길* to 박재* (3학년 20명)

2그룹(5,6,7,9주): 배영* to 전다* (3학년 20명)

3그룹(10-13주): * Bin, 정찬* to 황지* (3학년), 4학년 김가*, 김태*, 박경*, 손예*, 양우*, 윤정*, 이경*, 이상*, 이혜* (21명)

ㅇ 강의관련 문의사항: 담당교수 bician@cbu.ac.kr (E10-611)

실습조교 모네비 aydjmonebitee@gmail.com (E10-519) (2주-15주), 허지원 허지원 gjwldnjs131@naver.com (E10-519) (1주)

채점조교 최경민 ckm45@naver.com

2. 주별 강의

Week-01(3/4): Transmission Lines 1

이론: 강의(pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(파이썬사용법&실습3번, 실습1번&2번, 실습4번)

실습: 문제(pdf, htm)

(Homework 01)

1. Express the characteristic impedance Z₀ of a transmission line in terms of R, L, G, and C.

2. Express the complex propagation constant γ of a transmission line in terms of R, L, G, and C.

3. Express Z₀ and γ of a lossless transmission line in terms of L and C.

4. Write down a Python program and execute it to find the characteristic impedance Z₀ and the complex propagation constant γ of a transmission line with R = 176 mΩ/m, L = 490 nH/m, G = 2 μS/m, C = 49 pF/m. Accept the frequency f while the code runs as an input data of your choice.

Week-02(3/11): Transmission Lines 2

이론: 강의(pdf, pptx-no-voce, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm)

(참고) 과제문제 풀때 필요하면 다음의 복소수 계산기 사용

복소수 계산기: 직각좌표/극좌표 형식 변환, 곱셈, 뺄셈

Python: complex_calc_1_python.txt

Fortran: complex_calc_1.f90, complex_calc_1.exe

(Homework 02)

PIN=pqrs, a = p+q+r+s, b = 3*a

Coaxial cable with a(given above), b(given above), μ_r = 1, ε_r = 2, tanδ = 0.001, σ = 5.8e7 S/m, f = 5.8 GHz

Calculate Z₀, γ, R, L, G, C, α_c (dB/m), α_d (dB/m), α (dB/m), λ_g.

(참고) 다음 공식 사용

Week-03(3/18): Transmission Lines 3

이론: 강의(pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm)

(Homework 03)

Visit http://mcalc.sourceforge.net/ to analyze a microstrip line.

다음과 같이 설정

단위를 mm 설정

Er = 4.3, Rho =1

H = 1, Rough = 0.0

Tmet = 0.035, Tanδ = 0.02

Keff는 ε_re (유효 유전상수)

선로파장:

Elec. Len. (degrees) = 선로의 전기적 길이를 각도로 표현. 1파장은 360°에 대응된다.

(문제)

W = 2mm, Frequency = 1500MHz 인 경우 Z0, Keff, L (1파장의 길이)를 구하라. 이 경우 Loss (dB)를 구하라.

Week-04(3/25): Smith Chart

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm)

참고: Smith-z-chart, Smith-y-chart, Smith-zy-chart

(Homework 04)

PIN=abcd (PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. Draw a r = a circle on a Smith chart.

2. Draw a x = d circle on a Smith chart.

Wee-05(4/1): Impedance Matching 1

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm)

(Homework 05) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

Vs = 10a × exp(j20°)

Zs = 10b + j 10c (ohm) : connected in series with Vs

ZL = 30a − j 40d (ohm) : connected in series with Zs

1. Find the power PL (W) at ZL

2. Modify ZL for maximum power transfer.

3. Find the power PL (W) at ZL when ZL is modified for the maximum power transfer.

Week-06(4/8): Impedance Matching 2

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm)

(참고) LC matching: Python souce code (python-general LC matching.doc)

(Homework 06) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. Find all the possible element values of LC-matching networks that transforms 10a+j40b Ω to 50 Ω. Use the Python code given above.

Week-07(4/15): Passive RLC Components 1 - Resistors

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4) (음성강의자료는 작업중이며 금일중 업로드됩니다.)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm)

(Homework 07) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. Resistor equivalent circuit

1) Find an expression for the impedance.

2) f = a MHz, R = 100b (ohm), L = b nH, C= 2d pF. Calculate the impedance.

Week-08(4/22): Mid-term Exam. (prob, sol): 답안은 eCampus 8주차 과제란에 제출

중간고사: 문제(pdf, htm)

Week-09(4/29): Passive RLC Components 2 - Capacitors

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm), 해답(pdf)

(Homework 09) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. Capacitor equivalent circuit

1) Find and expression for the impedance.

2) f = 100a MHz, C1 = 20b nF, R2=b Gohm, R1=c/100 ohm, L1 = d/4 nH. Calculate the impedance.

Week-10(5/6): Passive RLC Components 3 - Inductors

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm), 해답(pdf)

(Homework 10) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. Inductor equivalent circuit

1) Find and expression for the impedance.

2) f = 100a MHz, R=10b ohm, L = 5b μH, C = d/10 pF. Calculate the impedance.

Week-11(5/13): Maxwell's Equations and Wave Equation

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm), 해답(pdf)

(Homework 11) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. f = 1 GHz, εr = a, μr = b. Find the wavelength and the intrinsic impedance.

Week-12(5/20): Planewave 1

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm) 해답(pdf)

(Homework 12) PIN=abcd (exmple: PIN=3194, a=3, b=1, c=9, d=4)

1. Planewave in lossy media

ε'/ ε₀ = a, ε'' = 0.1ε', μ'/ μ₀ = d, μ''= 0, f = c GHz

Find the attenuation constant α, propagation constant β, and skin depth δ_s.

Week-13(5/27): Planewave 2

이론: 강의 (pdf, pptx-no-voice, pptx-voice, mp4)

실습: 강의자료(pdf, htm), 음성강의(mp4)

실습: 문제(pdf, htm) 해답(pdf)

(Homework 13)

Medium 1: air, Mediumk 2: ε_r = a, μ_r = b

1. Find the intrinsic impedance of the air η₁ and of the earth η₂.

2. Find the reflection cofficient Γ and transmission coefficient τ of a planewave normally incident from the air to the medium 2.

Week-14(6/3): Student Self-study Week

금주는 기말고사 강의없이 학생 자율적으로 문제풀이합니다.

Homework weeks 9-13 solutions

Python lab. problems weeks 9-13 solutions

Week-15(6/10): Final exam. (prob, sol)

답안은 eCampus 15주차 과제란에 제출

기말시험: 문제(pdf, htm)

[Summary of Formulas]

Lecure 01: Transmission lines 1

- Voltage and current waves

- R, L, G, C from Z₀ and γ

- Formulas for coaxial cable, two-wire line, and parallel-plate line

- Microstrip line formulas