相速度,是指波的相速度或
相位速度,或简称相速,相速度的定义是电磁波的恒定相位点的推进速度。换句话说,波的任一频率成分所具有的相位即以此速度传递。可以挑选波的任一特定相位来观察(例如波峰),则此处会以相速度前行。
对于电场为 的电磁波,其恒定相位点为 常数,相速度应为 。这里β为相位常数,下标p表示为相速度。相速度可以与频率有关,也可以与频率无关,取决于相位常数β。在理想介质中,与角频率成线性关系,于是是一个与频率无关的常数,因此理想介质是非
色散的。然而,在色散媒质(如导电媒质)中,相位常数β不再与角频率成线性关系,电磁波的相速度随频率改变,产生色散现象。
无线电波在介质中传播时,如果该介质的介电常数ε与频率无关,波的传播速度也与频率无关,这种介质称为
非色散介质;与此相反,如果介质的ε或传播速度v与频率有关,则称为色散介质。
相速度:单一频率的正弦
电磁波波的等相面(例如波峰面或波谷面)在介质中传播的速度v=c/n,c为自由
空间中的
光速,n为介质对该频率电磁波的折射指数。
实用系统的信号总是由许多频率分量组成,在
色散介质中,各单色分量将以不同的相速传播,因此要确定信号在色散介质中的传播速度就发生困难,为此引入群速的概念,它描述信号的能量传播速度。对于
电离层(
地球大气由下往上分为对流层、
平流层、电离层、
磁层),因折射指数n〈1,所以无线电波的相速度大于光速c,这一结论和相对论的理论并不矛盾,因为相速度只代表
相位变化的快慢,并不代表电磁波能量的真正传播速度。群速则总小于自由空间的光速c。
群速度:许多不同频率的正弦电磁波的合成信号在介质中传播的速度。不同频率正弦波的振幅和相位不同,在色散介质中,相速不同,故在不同的
空间位置上的合成信号形状会发生变化。群速是包络波上任一恒定相位点的推进速度,是一个代表能量的传播速度。