【信号与系统】(十四)傅里叶变换与频域分析 |
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周期信号的频谱及特点1 周期信号的频谱2 单边谱和双边谱的关系3 周期信号频谱的特点4 周期信号的功率
周期信号的频谱及特点
频谱:周期信号分解后,各分量的幅度和相位对于频率的变化,分别为幅度谱和相位谱。 频谱图:将幅度和相位分量用一定高度的直线表示;其中幅度谱图反映了信号不同频率分量的大小。 三角函数形式分解 虚指数函数形式分解
s i n x = e j x − e − j x 2 j sinx=\frac{e^{jx}-e^{-jx}}{2j} sinx=2jejx−e−jx S a ( x ) = s i n ( x ) x Sa(x)=\frac{sin(x)}{x} Sa(x)=xsin(x) 注意脉冲的非0即1特性,数字信号由0-1表示或变形的,可以从矩形脉冲引申过去。 零点与零点间隔为 2 π τ \frac{2\pi}{\tau} τ2π,谱线与谱线的间隔为 2 π T \frac{2\pi}{T} T2π
周期信号频谱的特点: (1) 离散性:以基频 Ω Ω Ω为间隔的若干离散谱线组成; (2) 谐波性:谱线仅含有基频 Ω Ω Ω的整数倍分量 ω \omega ω是基波, n ω n\omega nω是谐波; (3) 收敛性:整体趋势减小。 谱线结构与波形参数的关系: 分析: T T T不变, τ \tau τ变小 谱线间隔 Ω \Omega Ω不变幅度下降零点右移,两零点间的谱线数目( T / τ T/\tau T/τ) 增加 。结论: T T T不变, τ \tau τ变小 时域压缩(脉冲变窄),频域展宽(频带变宽)τ \tau τ不变, T ↑ T↑ T↑,幅度 ↓ ↓ ↓,间隔 Ω ↓ \Omega↓ Ω↓,频谱变密。 T → ∞ T→∞ T→∞时,谱线间隔 Ω = 2 π / T → 0 \Omega=2π/T →0 Ω=2π/T→0,谱线幅度 → 0 →0 →0,周期信号的离散频谱过渡为非周期信号的连续频谱。 T → ∞ T→∞ T→∞:得到信号一个周期内的部分,其他在无穷大以外,所以是非周期的。 收敛性分析: (1) 振幅是收敛的:信号的能量主要集中在低频分量中。 (2) 收敛具有不同速度:信号越连续光滑,幅度谱衰减越快。 低频反映信号的主要信息,高频表现细节。 周期信号一般是功率信号,其平均功率为 含义: 周期信号平均功率=直流和谐波分量平均功率之和。 表明: 对于周期信号,在时域中求得的信号功率与在频域中求得的信号功率相等。 频带宽度 在满足一定失真条件下,信号可以用某段频率范围的信号来表示,此频率范围称为频带宽度 由频谱的收敛性可知,信号的功率集中在低频段。
宽度与脉宽成反比 (2) 对于一般周期信号,将幅度下降为 1 10 ∣ F n ∣ m a x \frac{1}{10}|F_n|_{max} 101∣Fn∣max的频率区间定义为频带宽度。 (3) 系统的通频带>信号的带宽,才能不失真。 ps:为了限制信号的幅频失真,就要求电路对信号所包含的各种频率成分都不要过分抑制,或者说要求电路容许一定频率范围的信号都通过,这个一定的频率范围称为电路的通频带。一般规定:在电路的通用谐振曲线上,比值不小于0.707的频率范围是放大电路的通频带,并以BW表示。 《工程信号与系统》作者:郭宝龙等 中国大学MOOC:信号与系统 ,西安电子科技大学,郭宝龙,朱娟娟 |
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