什么是“相速度”
问题描述:
5.相速度
光在介质中的相速在某些频段可以超过真空中的光速。相速度是指一个连续的正弦波(假设信号传播了很长时间，达到稳定状态)在介质中传播一定距离后，其相位滞后所对应的“传播速度”。显然，简单的正弦波是无法传递信息的。为了传输信息，需要将慢变波包调制在正弦波上。这种波包的传播速度称为群速度，小于光速。(译者注:索末菲和布里渊对脉冲在介质中传播的研究证明，一个起始时间为[某一时刻之前为0的信号]在介质中的传播速度不能超过光速。)
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如何发现并提出理论观点``谢谢~ ~
分析:
群速度是指电磁波的包络传播速度。其实就是电磁波的实际速度。
相速度是电磁波相传播的速度。一般来说就是电磁波形状向前变化的速度。在波导中，相速度通常大于群速度。
形象地说，如果你用电钻在一面坚固的墙壁上钻孔，你会感觉到电钻钻头的螺纹在旋转时似乎在高速前进，但这只是你的错觉，因为你看到的是螺纹的“相速”。虽然很快，但是你的电钻慢慢的向墙内推进，也就是说电钻总的前进速度就是“群速”。如果墙是硬的，你的电钻根本进不去，电钻的速度是“0”，但你总感觉电钻不断从电钻的螺纹钻进去。
群速度和相速度
无线电波在介质中传播时，如果介质的介电常数ε与频率无关，则波的传播速度与频率无关，这种介质称为非色散介质。相反，如果介质的ε或传播速度v与频率有关，则称之为色散介质。
单色波传播速度公式是由等平面传播推导出来的，所以称为相速度。
相速度:单频正弦电磁波在介质中传播的等相平面(如波峰面或波谷面)的速度v=c/n，其中c为自由空间中的光速，n为介质对该频率电磁波的折射率。
实际系统的信号总是由许多频率成分组成。在色散介质中，每个单色分量将以不同的相速度传播，因此很难确定信号在色散介质中的传播速度。因此引入了群速度的概念，它描述了信号的能量传播速度。对于电离层(地球大气层自下而上分为对流层、平流层、电离层和磁层)，由于折射率n < 1，所以无线电波的相速度大于光速c，这个结论与相对论并不矛盾，因为相速度只代表相变的速度，并不代表电磁波能量的真实传播速度。自由空间中的群速度总是小于光速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。不同频率的正弦波的幅度和相位不同，在色散介质中的相速度也不同，因此合成信号的形状在不同的空间位置会发生变化。群速度是代表能量的传播速度。
以下摘自赵建林主编、国防工业出版社出版的《高级光学》。
(第16页)
单色平面波的等相位平面和相速度:波矢k和位置坐标矢量r的点乘kr反映了电磁波在空间传播过程中的相位延迟，所以kr=常数的空间点* * *通常称为等相位平面。等平面沿其法线方向移动的速度vφ称为相速度。
显然，平面波的等值面是空间中平行平面的簇，处处与波矢K的方向正交，所以其相速度vφ的方向与K相同.
可以看出，平面波的相速度就是波动方程中的光速V，但需要注意的是，只有在各向同性的均匀介质中，光速才能等于相速度。
(27页)
群速度和相速度:
波动方程确定的波速v=v/n反映了波面的传播速度。由于色散，在同一介质中传播的不同频率的光波具有不同的相速度，即同一光信号中包含的不同光谱成分在色散介质中不能同步传播。这样，问题就出现了。当我们在远离光源的空间中观察某一点发出的光信号时，同时接收到的不同频率的光信号实际上是光源在不同的时间发出的。现在假设沿Z轴传播的光信号由具有两个频率分量的单色平面波组成。两个光波的振幅和振动方向相同，空间中某一点(时间t)的光振动可以分别振动如下:
如果△ω=(ω2-ω1)/2，△k=(k2-k1)/2，
ω0=(ω2+ω1)/2，k0=(k2+k1)/2，分别代表两个单色光波的圆频率、波数差、平均圆频率、平均波数。
可见振动是由△ω低频调制的多色平面波，平均频率为ω0。当平面波以相速ω0/ k0向前传播时，调制波也以速度△ω △ω/△k K向前传播..这个速度反映了光波能量的传播速度，所以称为色散介质中光波的群速度。并表示为vg。为了表示这种区别，相速度通常用vP来表示。显然，当频差△ω很小时，群速度实际上是时间圆频率对空间圆频率(波数)的导数。
从方程(1)和方程(2)可以看出，在色散介质中，群速度不等于相速度(dvp/dλ≠0，vg≠vp)，处于正常色散区。
(dvp/dλ > 0，dn/dλ < 0)，群速度小于相速度(VG < VP)；在反常色散区(dvp/dλ < 0，dn/dλ > 0)，群速度大于相速度(VG > VP)。只有在无色散介质或真空中(dvp/dλ=0，dn/d λ=0)，群速度才等于相速度(vg=vp)。
以下内容摘自《电磁场与波》，冯恩新主编1999 1版，第142页。
根据电磁波在空间传播时不变相点的轨迹，可以计算出信变速度，即相速。在理想介质中，电磁波的相速度只与介质参数有关。
以下摘自西北工业大学出版社出版的高建平·张志贤编辑的《无线电传播》第65页。
研究了单频正弦均匀平面电磁波在空间(介质或导体)中的传播特性。结果表明，波的相速度与频率无关，等于能量在介质中的传播速度。在导体中，波的相速度与频率有关。
在通信系统中，为了传输信息，必须对单频SUPW(称为载波)进行一定方式的调制。调制波(包含多个频率分量)携带要通过信息信道传输到接收端的信息。
为了说明问题，假设有两组单频SUPW沿方向传播，幅度相等，频率不同，它们的角频率分别为