Phase, Phase Angle   위상, 위상각

(2023-08-15)

Phase Shift, Phase Difference, Phase Offset, 위상변이, 위상천이, 위상차, Lead Phase, 진상, Lag Phase, 지상 (遲相), In Phase, 동상, 동위상


1. 위상(Phase,位相) 이란?파동을 특징짓는 주요 량(진폭,주파수,위상 등) 중 하나로써,
     - `세기 (진폭)` 또는 `주기적인 진동 횟수/변화 (주파수)` 가 아니고, 
     - `동일 주파수에서 시간차/편위/어긋남` 등을 표현하는 양(量) 임

  ※ 다만, 같은 주파수(주기)가 전제되지 않으면, 위상 언급은 무의미함 (★)

  ㅇ 위상의 단위 : 라디안(Radian) 또는 일반 각도(˚)


2. 위상 기초 용어 : 위상 각(Phase Angle), 초기 위상(Initial Phase), 위상(Phase) 등

  ㅇ (시간,공간 모두 고려)
     - cos θ = cos (kx - ωt + Φ)에서,
     - θ : `각도(angle)` 또는 `위상 각(phase angle)` 또는 `위상(phase)`
     - Φ : 위상차/위상편이/위상천이/위상변동(Phase Difference,Phase Variation,Phase Shift)
        
        . 통상, 위상차 Φ 만을 가리켜 `위상(phase)` 또는 `위상각(phase angle)`이라 함

  ㅇ (시간 만 고려)        
     - cos θ = cos (ωt + Φ)에서,
       
     - ωt = 2πft = (2π/T)t : 시간 주기성을 갖는 라디안 위상각 변화량
        . ω : 각주파수(Angular Frequency), T : 시간주기(Temporal Period)
     - t=0 에서의 Φ          : `초기 위상(initial phase)` 또는 `영 위상점`

  ㅇ (공간 만 고려)       
     - cos θ = cos (kx + Φ)에서,
     - kx = (2π/λ)x         : 길이 주기성을 갖는 라디안 위상각 변화량
        . 여기서, k는 파수(Wave Number), λ는 공간주기파장(Wavelength)
     - x=0 에서의 Φ          : `초기 위상(initial phase)` 또는 `영 위상점`

  ※ [단위]
     - θ,Φ,ωt,kx 모두가 무 차원라디안 각도로써 단위를 나타냄
     - 한편, 개별 량(量)인 ω,t,k,x는 차원 있는 단위를 갖음 : ω(rad/sec),t(sec),k(rad/m),x(m)


3. 위상 관련 용어  :  (시간,공간 모두 고려한 경우)

  ※ (例 : 물리적인 파형, 전자기파, , 음파 등)  

  ㅇ 위상속도 (Phase Velocity), 군속도 (Group Velocity)  :  [meter/sec]
      위상정수 (Phase Constant)
     - 파동이 진행한 단위길이당 위상변화량 [ rad/meter ]

  ※ 한편, 시간,공간을 따라 움직이는/변하는 파형(파동) 형태식은,  ☞ 파동함수,파동방정식 참고


4. 위상 관련 용어  :  (시간 만 고려한 경우)

  ※ (例 : 전기적인 파형, 전압, 전류 등)  

  ㅇ 순시위상 (Instantaneous Phase) 및 위상편이 (Phase Deviation) / 위상천이 (Phase Shift)
     - 일반적인 정현파 신호 표현식에서,
       
        . 순시 위상 : θi(t) = 2πfct + Φ(t)
        . 위상 편이 : 시간적으로 변하는 위상 변동분  Φ(t) 

     * 例)
        . 1차 RC 위상천이 회로 
        . 위상천이를 이용한 변조 : 위상천이변조 (PSK)
        
  ㅇ 진상 (lead), 지상 (lag), 동상 (in phase)
     - 위상이 앞서면, 진상 (進相, lead)   ☞ 진상회로
     - 위상이 뒤지면, 지상 (遲相, lag)    ☞ 지상회로
     - 같은 위상이면, 동상,동위상 (同相, in phase) 이라고 함

     * 일치된/고정된 위상 관계를 갖게 함  ☞ 위상동기 참조
     * 의도적인 위상 천이를 갖게 함       ☞ 위상천이회로, 위상보상기 참조

  ㅇ 90˚ 위상차가 나는 직교성직교 위상 참조
     - in-phase (동 위상), quadrature (직교 위상)

  ㅇ 최소 위상비최소 위상
     * 전달함수영점(Zero)복소평면 상의 위치에 따라,
     - 최소 위상   : 모든 영점(Zero)s 평면 좌반부 또는 jω축상에 있음
     - 비최소 위상 : s 평면 우반부에 영점이 하나라도 있는 경우

  ㅇ 선형 위상(Linear Phase) 및 비선형 위상
     - 입력,출력의 위상 차이가 신호주파수선형 비례  ☞ `이상적인 무왜곡 전송` 참조
     - 입력,출력의 위상 차이가 신호주파수비선형적   ☞ `위상왜곡` 참조

  ㅇ 전력계통에서 단상, 3상
     - 단상 (Single Phase) : 1개의 전압원(전압 파형) 만을 갖는 교류
     - 3 상 (Three Phase)  : 크기 및 주파수가 같은 3개의 전압원(3상전압 파형)을 갖으나,
                             위상이 1/3 주기(120˚)씩 떨어진 교류복소수에 의한 위상 표현 방법 : 페이저(Phasor)
     - 정현파적 신호를 편리하게 나타낼 수 있는 복소수 표현  ☞ 페이저 참조
 
  ㅇ 주기적인 신호위상변동에 의해 나타나는 현상들  ☞ 지터 원더 슬립 등 참조
     - 원치않는 어긋남의 척도

신호 특성량
   1. 위상   2. 주기   3. 주파수   4. 듀티사이클   5. 상승/하강 시간   6. 파고율,파형률   7. 대역폭  


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