微波：波速、相速、群速和能量傳輸速度的區(qū)別與聯(lián)系

1、波速、相速、群速、能量傳輸速度1、定義波速（wave celerity）：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)波形傳播的距離，以波長(zhǎng)與波周期之比表示.V=入/T.相速(phase velocity)：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(duì)該頻率電磁波的折射指數(shù)。在理想介質(zhì)中，電磁波的相速僅與介質(zhì)參數(shù)有關(guān).群速(group velocity)：（1）、波列作為整體的傳播速度（2）波群傳播的速度。波的群速度，簡(jiǎn)稱群速，是指波的包絡(luò)傳播的速度。實(shí)際上就是波實(shí)際前進(jìn)的速度。群速是一個(gè)代表能量的傳播速度。概念引入原因：實(shí)用系統(tǒng)的信號(hào)總是由許多頻率

2、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(hào)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(hào)的能量傳播速度。能量傳播速度：群速是波群的能量傳播速度.2、相互關(guān)系（1）相關(guān)概念非色散介質(zhì)：無(wú)線電波在介質(zhì)中傳播時(shí)，介電常數(shù)與頻率無(wú)關(guān)，波的傳播速度也與頻率無(wú)關(guān)的介質(zhì)；色散介質(zhì)：與此相反，如果介電常數(shù)或傳播速度v與頻率有關(guān)的介質(zhì).正常色散：一切無(wú)色透明介質(zhì)在可見(jiàn)光區(qū)域均表現(xiàn)為正常色散。特點(diǎn)：波長(zhǎng)變大時(shí)，由v=f,頻率不變，則V增大。而n=c/v，則折射率值n變小，角色散率D變小。反常色散：在某些波段會(huì)出現(xiàn)，波長(zhǎng)變大時(shí)折射率值增大的現(xiàn)象，這稱為反常色散。反常色散同

3、樣是物質(zhì)的普遍性質(zhì)。反常色散與選擇吸收密切相關(guān)，即在發(fā)生物質(zhì)的選擇吸收波段附近出現(xiàn)反常色散。角色散率：由夫瑯和費(fèi)衍射理論知，產(chǎn)生衍射亮條紋的條件（光柵方程）：dsin=k（k 1， 2， n）光柵方程對(duì)微分，就可得到光柵的角色散率：=/=k/dcos.角色散率是光柵、棱鏡等分光元件的重要參數(shù)，隨著k的增大，色散率也就越大。它表示單位波長(zhǎng)間隔內(nèi)兩單色譜線之間的角間距，當(dāng)光柵常數(shù)d愈小時(shí)，角色散愈大；光譜的級(jí)次愈高，角色散也愈大。且當(dāng)光柵衍射時(shí)，如果衍射角不大，則cos接近不變，光譜的角色散幾乎與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，即光譜隨波長(zhǎng)的分布比較均勻，這和棱鏡的不均勻色散有明顯的不同。（2）他們之間的相互關(guān)系波速與

4、相速：（1）、由波動(dòng)方程所確定的光波速度v=c/n，反映了光波波面相位的傳播速度。（2）、相速度只代表相位變化的快慢，并不代表電磁波能量的真正傳播速度。（3）、電磁波的波速（3*108）是固定不變的.電磁波的相速（c/n,n可以小于1）于介質(zhì)n有關(guān)，可以超過(guò)光速，也可以為負(fù)值.波速與群速：群速則總小于自由空間的光速c。由于色散的存在，同一光信號(hào)所包含的不同光譜成分在色散介質(zhì)中不能同步傳播,其合振動(dòng)是一個(gè)復(fù)色平面波,隨著該平面波以一相速度向前傳播，調(diào)制波也以一速度速度向前優(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。相速與群速：群速和相速只是在頻散煤質(zhì)中才有差別.

5、群速度可以理解為多個(gè)頻率的光相互影響和形成的一個(gè)周期性的復(fù)雜震動(dòng)。其相速度是這個(gè)周期中某一個(gè)震動(dòng)形式相同的位置的傳播速度，群速度就是整個(gè)這個(gè)周期傳播的速度。在無(wú)色散介質(zhì)中，群速等于相速度，其群速度跟相速度同方向同大小；在色散介質(zhì)中，群速度不等于相速度：在正常色散區(qū)域，群速度小于相速；在反常色散區(qū)域，群速度則大于相速度。利用速度的差別可以使不同顏色的光分開(kāi)。群速與能量傳播速度：群速是波能或信號(hào)的傳播速度。3、在前面那些課程中接觸過(guò)，怎么介紹的,自己如何理解的?（1）高中學(xué)習(xí)物理中的機(jī)械波時(shí)，老師講過(guò)波速。波速指單位時(shí)間內(nèi)波傳播的距離，與波傳播的方向相同，v=s/t.當(dāng)時(shí)老師重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了波速的方向與

6、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向。對(duì)于橫波：波速的方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向垂直；對(duì)于縱波：波速的方向與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向平行；例：設(shè)Y=0處為波源，t=0時(shí)刻開(kāi)始沿豎直方向做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振幅為A，周期為T,波長(zhǎng)為S。則：每個(gè)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：X坐標(biāo)不改變，沿著Y軸在振幅范圍內(nèi)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。波速的方向：隨著波源的運(yùn)動(dòng)，會(huì)將波能傳出去沿著x軸方向，大小為S/T.（2）、大學(xué)里學(xué)習(xí)普通物理學(xué)時(shí)，深入學(xué)習(xí)了機(jī)械波和電磁波。講到了波速與相速和。同高中時(shí)候一樣，老師也加以區(qū)分了波速與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向。對(duì)于波速：機(jī)械波的僅決定于介質(zhì)的彈性和慣性。 對(duì)于相速：由于波的振動(dòng)狀態(tài)由相位確定，所以波速就是波的相位的傳播速度，成為相速。（3）、大學(xué)里學(xué)

7、習(xí)電磁場(chǎng)與電磁波提到了相速、群速。關(guān)于相速：電磁波的等相位面在空間中的運(yùn)動(dòng)速度稱為相位速度，簡(jiǎn)稱為相速。對(duì)于波上任意固定觀察點(diǎn)，其相位是恒定值，均勻平面波的相速為V=dz/dt=w/k;在理想介質(zhì)中，均勻平面波的相速與頻率無(wú)關(guān)，但與媒介參數(shù)有關(guān)。自由空間中，相速=光速。對(duì)于群速：引入原因：一個(gè)信號(hào)總是有許許多多頻率成分組成，用相速無(wú)法描述一個(gè)信號(hào)在色散媒介中的傳播速度，從而引入群速的概念。定義：包絡(luò)波上任一恒定點(diǎn)的推進(jìn)速度。相速與群速的之間的關(guān)系：Vg=dZ/dB;Vg=Vp/(1-w*dVp/Vp*dw).可知，dVp/dw=0，則群速等于相速，為無(wú)色散。dVp/dw0，則群速小于相速，為正

8、常色散。dVp/dw0，則群速大于相速，為反常色散。自己的理解：以電磁波為例。電磁波在自由空間內(nèi)周期T,波長(zhǎng)為。波速：波速指單位時(shí)間內(nèi)波傳播的距離，與波傳播的方向相同，v=s/t.如下圖：v=/T.相速：電磁波的等相位面在空間中的運(yùn)動(dòng)速度稱為相位速度，簡(jiǎn)稱為相速。群速：包絡(luò)波上任一恒定點(diǎn)的推進(jìn)速度，用相速無(wú)法描述一個(gè)信號(hào)在色散媒介中的傳播速度，從而引入群速的概念。能量傳播速度：群速即為能量傳播速度。4、相關(guān)概念在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)中有什么應(yīng)用和發(fā)展？對(duì)自己今后的工作會(huì)有什么幫助？（1）、應(yīng)用：波速測(cè)試技術(shù)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用簡(jiǎn)介：地震勘探方法之一原理：獲得巖土體的彈性波速用途：為工程設(shè)計(jì)提供所

9、需的動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)、劃分建筑物場(chǎng)地類別、評(píng)定地震效應(yīng)、進(jìn)行場(chǎng)地地震反映分析、地震破壞潛勢(shì)分析等剪切波速：剪切波速是指震動(dòng)橫波在土內(nèi)的傳播速度，單位是m/s?？赏ㄟ^(guò)人為激震的方法產(chǎn)生震動(dòng)波，在相隔一定距離處記錄振動(dòng)信號(hào)到達(dá)時(shí)間，以確定橫波在土內(nèi)的傳播速度。測(cè)試方法一般有單孔法、跨孔法等。剪切波速是抗震區(qū)確定場(chǎng)地土類別的主要依據(jù)。剪切波速的應(yīng)用：劃分場(chǎng)地土類型、在地震小區(qū)劃中的應(yīng)用、判斷場(chǎng)地液化、計(jì)算場(chǎng)地土層的動(dòng)彈性模量、推算卵石、圓礫地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值.（2）、未來(lái)應(yīng)用之前的討論里我們知道，群速度超過(guò)了光速的光脈沖波峰的速度（群速度不能用于計(jì)算信號(hào)的傳播速度，光波波頭的傳播速度才是傳播速度）。絕對(duì)