微波：波速、相速、群速和能量傳輸速度的區(qū)別與聯(lián)系5頁

1、波速、相速、群速、能量傳輸速度1、定義波速（wave celerity）：單位時間內(nèi)波形傳播的距離，以波長與波周期之比表示.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，簡稱群速，是指波的包絡(luò)傳播的速度。實際上就是波實際前進的速度。群速是一個代表能量的傳播速度。概念引入原因：實用系統(tǒng)的信號總是由許多頻率

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。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)：無線電波在介質(zhì)中傳播時，介電常數(shù)與頻率無關(guān)，波的傳播速度也與頻率無關(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：一切無色透明介質(zhì)在可見光區(qū)域均表現(xiàn)為正常色散。特點：波長變大時，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：在某些波段會出現(xiàn)，波長變大時折射率值增大的現(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。它表示單位波長間隔內(nèi)兩單色譜線之間的角間距，當光柵常數(shù)d愈小時，角色散愈大；光譜的級次愈高，角色散也愈大。且當光柵衍射時，如果衍射角不大，則cos接近不變，光譜的角色散幾乎與波長無關(guān)，即光譜隨波長的分布比較均勻，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)，可以超過光速，也可以為負值.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,其合振動是一個復(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頻率的光相互影響和形成的一個周期性的復(fù)雜震動。其相速度是這個周期中某一個震動形式相同的位置的傳播速度，群速度就是整個這個周期傳播的速度。在無色散介質(zhì)中，群速等于相速度，其群速度跟相速度同方向同大?。辉谏⒔橘|(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。群速與能量傳播速度：群速是波能或信號的傳播速度。3、在前面那些課程中接觸過，怎么介紹的,自己如何理解的?（1）高中學習物理中的機械波時，老師講過波速。波速指單位時間內(nèi)波傳播的距離，與波傳播的方向相同，v=s/t.當時老師重點強調(diào)了波速的方向與

6、質(zhì)點振動的方向。對于橫波：波速的方向與質(zhì)點振動的方向垂直；對于縱波：波速的方向與質(zhì)點振動的方向平行；例：設(shè)Y=0處為波源，t=0時刻開始沿豎直方向做簡諧運動，振幅為A，周期為T,波長為S。則：每個質(zhì)點運動狀態(tài)：X坐標不改變，沿著Y軸在振幅范圍內(nèi)做簡諧運動。波速的方向：隨著波源的運動，會將波能傳出去沿著x軸方向，大小為S/T.（2）、大學里學習普通物理學時，深入學習了機械波和電磁波。講到了波速與相速和。同高中時候一樣，老師也加以區(qū)分了波速與質(zhì)點振動的方向。對于波速：機械波的僅決定于介質(zhì)的彈性和慣性。 對于相速：由于波的振動狀態(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）、大學里學

7、習電磁場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動速度稱為相位速度，簡稱為相速。對于波上任意固定觀察點，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關(guān)，但與媒介參數(shù)有關(guān)。自由空間中，相速=光速。對于群速：引入原因：一個信號總是有許許多多頻率成分組成，用相速無法描述一個信號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)波上任一恒定點的推進速度。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,波長為。波速：波速指單位時間內(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動速度稱為相位速度，簡稱為相速。群速：包絡(luò)波上任一恒定點的推進速度，用相速無法描述一個信號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)概念在當前科學技術(shù)中有什么應(yīng)用和發(fā)展？對自己今后的工作會有什么幫助？（1）、應(yīng)用：波速測試技術(shù)在巖土工程勘察設(shè)計中的應(yīng)用簡介：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)計提供所

9、需的動彈性力學參數(shù)、劃分建筑物場地類別、評定地震效應(yīng)、進行場地地震反映分析、地震破壞潛勢分析等剪切波速：剪切波速是指震動橫波在土內(nèi)的傳播速度，單位是m/s?？赏ㄟ^人為激震的方法產(chǎn)生震動波，在相隔一定距離處記錄振動信號到達時間，以確定橫波在土內(nèi)的傳播速度。測試方法一般有單孔法、跨孔法等。剪切波速是抗震區(qū)確定場地土類別的主要依據(jù)。剪切波速的應(yīng)用：劃分場地土類型、在地震小區(qū)劃中的應(yīng)用、判斷場地液化、計算場地土層的動彈性模量、推算卵石、圓礫地基承載力標準值.（2）、未來應(yīng)用之前的討論里我們知道，群速度超過了光速的光脈沖波峰的速度（群速度不能用于計算信號的傳播速度，光波波頭的傳播速度才是傳播速度）。絕對