相速度

詞語解釋

“相速度”是指在一個通信系統(tǒng)中，信號在傳輸介質(zhì)上的傳播速度。它是指信號在傳輸介質(zhì)上從一個位置到另一個位置所需要的時間。通信中，相速度是指信號在傳輸介質(zhì)上從一個位置到另一個位置所需要的時間。相速度在通信中具有重要的意義，因?yàn)樗鼪Q定了信號在傳輸介質(zhì)上的傳播速度，從而決定了信號在傳輸介質(zhì)上的傳播距離。相速度的大小取決于傳輸介質(zhì)的特性，例如空氣、水、光纖等。相速度在通信中的應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)： 1、用于計(jì)算信號在傳輸介質(zhì)上傳播的距離。通過測量信號在傳輸介質(zhì)上的傳播時間，可以計(jì)算出信號在傳輸介質(zhì)上傳播的距離。 2、用于計(jì)算信號在傳輸介質(zhì)上的傳播時間。通過測量信號在傳輸介質(zhì)上的傳播距離，可以計(jì)算出信號在傳輸介質(zhì)上傳播的時間。 3、用于計(jì)算信號在傳輸介質(zhì)上的傳播速度。通過測量信號在傳輸介質(zhì)上的傳播距離和時間，可以計(jì)算出信號在傳輸介質(zhì)上的傳播速度。 4、用于計(jì)算信號在傳輸介質(zhì)上的傳播延遲。通過測量信號在傳輸介質(zhì)上的傳播時間，可以計(jì)算出信號在傳輸介質(zhì)上的傳播延遲。 5、用于計(jì)算信號在傳輸介質(zhì)上的傳播損耗。通過測量信號在傳輸介質(zhì)上的傳播距離和時間，可以計(jì)算出信號在傳輸介質(zhì)上的傳播損耗。總之，相速度在通信中具有重要的意義，它是用來衡量信號在傳輸介質(zhì)上傳播的速度，從而決定信號在傳輸介質(zhì)上傳播的距離和時間，以及信號在傳輸介質(zhì)上的傳播損耗等。

相速度

相速度就是電磁波相位傳播的速度。通俗地講，就是電磁波形狀向前變化的速度。在波導(dǎo)中，相速度往往比群速度要大。
形象一點(diǎn)說，你拿電鉆在一個很堅(jiān)固的墻上鉆洞，你會覺得電鉆的鉆頭的螺紋在旋轉(zhuǎn)時似乎以高速前進(jìn)，但這只是你的錯覺，因?yàn)槟憧吹降氖锹菁y的“相速度”，雖然很快，但是你的電鉆卻很慢很慢地向墻內(nèi)推進(jìn)，也就是說電鉆的總的向前推進(jìn)的速度就是“群速度”。如果墻壁很硬，你的電鉆根本就鉆不進(jìn)去，電鉆向前推進(jìn)的速度為“0”，但是你從電鉆的螺紋上看卻總是覺得電鉆是不斷鉆進(jìn)去的。
群速與相速
無線電波在介質(zhì)中傳播時，如果該介質(zhì)的介電常數(shù)ε與頻率無關(guān)，波的傳播速度也與頻率無關(guān)，這種介質(zhì)稱為非色散介質(zhì)；與此相反，如果介質(zhì)的ε或傳播速度v與頻率有關(guān)，則稱為色散介質(zhì)。
單色波傳播速度的公式是從等相面的傳播導(dǎo)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(zhì)中傳播的速度v=c/n，c為自由空間中的光速，n為介質(zhì)對該頻率電磁波的折射指數(shù)。
實(shí)用系統(tǒng)的信號總是由許多頻率分量組成，在色散介質(zhì)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(zhì)中的傳播速度就發(fā)生困難，為此引入群速的概念，它描述信號的能量傳播速度。對于電離層（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(shù)n〈1，所以無線電波的相速度大于光速c，這一結(jié)論和相對論的理論并不矛盾，因?yàn)橄嗨俣戎淮硐辔蛔兓目炻�，并不代表電磁波能量的真正傳播速度。群速則總小于自由空間的光速c。
單色平面波的等相面與相速度：波矢量k與位置坐標(biāo)矢量r的點(diǎn)乘kr反映了電磁波在空間傳播過程的相位延遲大小，故通常將kr=常數(shù)的空間點(diǎn)的集合稱為等相（位）面。等相面沿其法線方向移動的速度vφ稱為相速度.
顯然平面波的等相面在空間是一簇平行平面，且與波矢量k方向處處正交，故其相速度vφ的方向與k相同.
由此可見，平面波的相速度就是波動方程中出現(xiàn)的光速v，不過需要注意的是，只有在各向同性的均勻介質(zhì)中，光速才和相速度相等。

群速度與相速度：
由波動方程所確定的光波速度v=v/n，反映了光波波面相位的傳播速度。由于色散的存在，在同一介質(zhì)中傳播的不同頻率的光波具有不同的相速度，也就是說，同一光信號所包含的不同光譜成分在色散介質(zhì)中不能同步傳播。這樣就出現(xiàn)一個問題，當(dāng)我們在距離光源較遠(yuǎn)的空間某點(diǎn)觀察來自該點(diǎn)發(fā)出的光信號時，在同一時刻接收到的不同頻率的光信號實(shí)際是光源在不同時刻發(fā)出的。現(xiàn)假設(shè)某個沿z軸方向傳播的光信號由兩種頻率成分的單色平面波組成，兩光波的振幅和振動方向相同，其在空間某點(diǎn)（t時刻）的光振動可分別振動為：
若取△ω=（ω2-ω1）/2，△k=（k2-k1）/2，
ω0=（ω2+ω1）/2，k0=（k2+k1）/2，分別表示兩單色光波的圓頻率、波數(shù)差、平均圓頻率和平均波數(shù)，.
可見合振動是一個受△ω低頻調(diào)制且平均頻率為ω0的復(fù)色平面波。隨著該平面波以相速度ω0/ k0向前傳播，調(diào)制波也以△ω/△k的速度向前優(yōu)越傳播。該速度反映了光波能量度的傳播速度，故稱之為光波在色散介質(zhì)中的群速度。并表示為vg。為示區(qū)別，常常又將相速度用vP表示。顯然，當(dāng)頻差△ω很小時，群速度實(shí)際上就是時間圓頻率對空間圓頻率（波數(shù)）的導(dǎo)數(shù).
由（1）式與（2）式可以看出：在色散介質(zhì)中，群速度不等于相速度（dvp/dλ≠0，vg≠vp），并且在正常色散區(qū)域
（dvp/dλ＞0，dn/d λ＜0），群速度小于相速度（vg＜vp）；在反常色散區(qū)域（dvp/dλ＜0，dn/d λ＞0），群速度則大于相速度（vg＞vp）。只有在無色散介質(zhì)或真空中（dvp/dλ=0，dn/d λ=0），群速度才等于相速度（vg=vp）。
以下內(nèi)容摘自《電磁場與波》西安交通大學(xué)出版社，1999年1月1版馮恩信編著 142頁
根據(jù)電磁波在空間傳播時相位不變點(diǎn)的軌跡可以計(jì)算相信變化的速度，即相速。在理想介質(zhì)中，電磁波的相速僅與介質(zhì)參數(shù)有關(guān).
以下摘自《電波傳播》65頁西北工業(yè)大學(xué)出版社出版高建平張芝賢編
通對研究單一頻率SUPW（正弦均勻平面電磁波）在空間（介質(zhì)或?qū)w）中的傳播特性，結(jié)果表明，在介質(zhì)中，波的相速與頻率無關(guān)且等于能量傳播速度；在導(dǎo)體中，波的相速與頻率有關(guān)。
在通信系統(tǒng)中，為傳遞信息，必須以一定的方式對單頻SUPW（稱為載頻波）進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制波（含有多種頻率成份）帶著要傳遞的信息經(jīng)信息道傳輸?shù)浇邮斩恕?BR>

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