群速度

更新时间:2023-11-17 21:15

群速度的定义是包络波上任一恒定相位点的推进速度。

定义

一个信号总是由许许多多频率成分组成,因此,用相速度无法描述一个信号在色散媒质中的传播速度,所以引入了“群速度”的概念。我们知道,稳态的单一频率的正弦波是不能携带任何信息的。信号之所以能传递,是由于对波调制的结果,调制波传播的速度才是信号传递的速度。下面讨论窄带信号在色散媒质中传播的情况。

设有两个振幅均为的行波,角频率分别为和(),在色散媒质中相应的相位常数分别为和,这两个行波可用下列两式表示

合成波为

由此可见,合成波的振幅是受调制的,称为包络波。

群速度的定义是包络波上任一恒定相位点的推进速度。由常数,可得群速度为

色散情况分析

群速度定义式结合相速度的定义式(具体可查看相速度)可得群速度与相速度之间的关系

由此可得

由此式可知群速度与相速度一般是不相等的,存在以下三种可能情况:

1、,即相速度与频率无关,此时群速度等于相速度,称为无色散。

2、,即相速度随着频率升高而减小,此时群速度小于相速度,这种情况称为正常色散。

3、,即相速度随着频率升高而增加,此时群速度大于相速度,这种情况称为反常色散

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