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《信号与系统》课程研究性学习手册
姓名 纪良源
学号
同组成员 贾皓新
曹世杰
杨欣
高昀峰
指导教师
时间 2014.12.25
信号的频域分析专题研讨
【目的】
(1) 建立工程应用中有效带宽的概念,了解有限次谐波合成信号及吉伯斯现象。
(2) 掌握带限信号,带通信号、未知信号等不同特性的连续时间信号的抽样,以及抽样过程中的参数选择与确定。认识混叠误差,以及减小混叠误差的措施。
() 加深对信号频域分析基本原理和方法的理解。
(4) 锻炼学生综合利用所学理论和技术,分析与解决实际问题的能力。
【研讨内容】——基础题
题目1:吉伯斯现象
(1)以定义信号的有效带宽,试确定下图所示信号的有效带宽,取A=1,T=2。
(2)画出有效带宽内有限项谐波合成的近似波形,并对结果加以讨论和比较。
(3)增加谐波的项数,观察其合成的近似波形,并对结果加以讨论和比较。
(a) 周期矩形信号 (b) 周期三角波信号
【知识点】
连续周期信号的频域分析,有效带宽,吉伯斯现象
【信号频谱及有效带宽计算】
周期矩形信号:
由于此周期矩形信号的周期T=2,所以
W0=2π/T=π
周期信号在区间[-1,1]的表达式为
由于x(t)是奇对称信号,因此有
C0=0
根据傅里叶系数的计算 公式,有
计算可得周期矩形信号的频谱为
由功率计算公式:
得 P=1/4
根据有效带宽的定义:
得
周期三角波信号的频谱及有效带宽的计算:
由于此周期矩形信号的周期T=2,所以
W0=2π/T=π
周期信号在区间[0,2]的表达式为
由于这个周期三角波信号的偶对称信号,所以
根据傅里叶系数的计算 公式,在时有
计算可得周期矩形信号的频谱为
由功率计算公式
得 P=1/3
根据有效带宽的定义:
得
【仿真程序】周期方波的频谱
t=-2:0.001:2;
N=input(N=);
c0=0;
xN=c0*ones(1,length(t));
for n=1:2:N
xN=xN+sin(n*pi*t)/(n*pi)-cos(n*pi)*sin(n*pi*t)/(n*pi);
end
plot(t,xN);
grid on;
三角波的频谱
t=-2:0.001:2;
N=input(N=);
c0=0.5;
xN=c0*ones(1,length(t));
for n=1:2:N
xN=xN+2*cos(n*pi)*(1-cos(n*pi))*cos(n*pi*t)/(n*n*pi*pi);
end
plot(t,xN);
grid on
【仿真结果】周期方波的吉普斯现象
N=10
N=20
N=50
N=100
三角波的吉普斯现象
N=4
N=8
N=20
【结果分析】
提示:应从以下几方面对结果进行分析:
图(a) 和图(b)信号有效带宽内有限项谐波合成波形与原波形的近似度比较。
答:随着N值的不断增加,图(a) 和图(b)信号有效带宽内有限项谐波合成波形与原波形越来越接近。到一定的程度,两个图形基本达到一致。
分析图(a) 和图(b)信号的时域特性与有效带宽内谐波次数的关系。
答:a) 和图(b)信号的时域特性与有效带宽内谐波次数的关系。谐波会随着其次数的增加,而减弱其对信号时域的影响 。
谐波次数增加,图(a) 和图(b)信号合成波形分别有什么变化,从中能得出什么结论?
答:谐波次数增加,(a)在不连续点附近部分和 x(t)所呈现的起伏,这个起伏的峰值大小似乎不随N 增大而下降,(b)图中也是一样也就是说,一个不连续信号x(t)的傅里叶级数的截断近似xN(t),一般来说,在接近不连续点处将呈现高频起伏和超量,而且,若在实际情况下利用这样一个近似式的话,就应该选择足够
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