Phasenverschiebungen

Phasenverschiebung bezeichnet in der Physik und Technik den relativen Versatz der Phasen zweier periodischer Signale oder Wellen gleicher Frequenz. Sie beschreibt, wie weit ein Signal zeitlich gegenüber einem anderen verschoben ist. Typisch werden Signale als sin- oder cos-Funktionen angegeben: x1(t) = A1 cos(ωt + φ1) und x2(t) = A2 cos(ωt + φ2). Die Phasenverschiebung Δφ = φ2 − φ1 wird in Bogenmaß (Rad) oder Grad gemessen.

In der Signalverarbeitung beschreibt die Phasenreaktion eines Systems den Winkel der komplexen Übertragungsfunktion H(jω). Die Phasenverschiebung hängt von der Frequenz ab und kann ein Vorlauf (Lead) oder Nachlauf (Lag) des Ausgangssignals anzeigen.

In elektrischen Schaltungen mit speichernden Bauelementen (Widerstände, Kapazitäten, Induktivitäten) entsteht Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Beispiel: Ein RC-Tiefpass hat bei niedrigen Frequenzen eine Phasenverschiebung nahe 0°, bei hohen Frequenzen nähert sie sich −90°. In LC-Schaltungen oder komplexen Filtern kann die Phasenlage stärker variieren.

Die Phasenverschiebung lässt sich experimentell messen, z. B. mit einem Oszilloskop durch Vergleich der Zeiten Δt zwischen den Signalverläufen. Δφ = 2π f Δt; alternativ über die Phasenwinkel, die aus der Zurordnung der Wellen berechnet werden.

Phasenverschiebungen liefern Informationen über Eigenschaften des Übertragungspfads, dämpfende oder verzögernde Effekte und werden in der Kommunikation (Phasendrehung, Phasenmodulation wie QPSK) sowie in der Interferenz von Wellen genutzt. In der Quantenmechanik bezieht sich der Phasenunterschied zwischen Pfadkomponenten eines Zustands auf Interferenzmuster.