相速度

相速度

相速度,是指波的相速度或相位速度,或簡稱相速,相速度的定義是電磁波的恆定相位點的推進速度。換句話說,波的任一頻率成分所具有的相位即以此速度傳遞。可以挑選波的任一特定相位來觀察(例如波峰),則此處會以相速度前行。

相速度簡介

相速度 相速度
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對於電場為 的電磁波,其恆定相位點為 常數,相速度應為 。這裡β為相位常數,下標p表示為相速度。相速度可以與頻率有關,也可以與頻率無關,取決於相位常數β。在理想介質中,與角頻率成線性關係,於是是一個與頻率無關的常數,因此理想介質是非色散的。然而,在色散媒質(如導電媒質)中,相位常數β不再與角頻率成線性關係,電磁波的相速度隨頻率改變,產生色散現象。

相速度群速度

無線電波在介質中傳播時,如果該介質的介電常數ε與頻率無關,波的傳播速度也與頻率無關,這種介質稱為非色散介質;與此相反,如果介質的ε或傳播速度v與頻率有關,則稱為色散介質。

單色波傳播速度的公式是從等相面的傳播導出的,因此稱為相速。

相速度:單一頻率的正弦電磁波波的等相面(例如波峰面或波谷面)在介質中傳播的速度v=c/n,c為自由空間中的光速,n為介質對該頻率電磁波的折射指數。

實用系統的信號總是由許多頻率分量組成,在色散介質中,各單色分量將以不同的相速傳播,因此要確定信號在色散介質中的傳播速度就發生困難,為此引入群速的概念,它描述信號的能量傳播速度。對於電離層(地球大氣由下往上分為對流層、平流層、電離層、磁層),因折射指數n〈1,所以無線電波的相速度大於光速c,這一結論和相對論的理論並不矛盾,因為相速度只代表相位變化的快慢,並不代表電磁波能量的真正傳播速度。群速則總小於自由空間的光速c。

群速度:許多不同頻率的正弦電磁波的合成信號在介質中傳播的速度。不同頻率正弦波的振幅和相位不同,在色散介質中,相速不同,故在不同的空間位置上的合成信號形狀會發生變化。群速是包絡波上任一恆定相位點的推進速度,是一個代表能量的傳播速度。

情況分析

群速度與相速度關係及色散情況分析

群速度與相速度關係及色散情況分析可參考群速度。

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