信号与系统分析基础周期信号的频谱周期信号的频谱分析——傅里叶级数.ppt

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信号与系统分析基础周期信号的频谱周期信号的频谱分析——傅里叶级数

1.问题提出 二.频带宽度 第一个零点集中了信号绝大部分能量(平均功率) 由频谱的收敛性可知,信号的功率集中在低频段。 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。 2.频带宽度 对于一般周期信号,将幅度下降为 的频率区间定义为频带宽度。 一般把第一个零点作为信号的频带宽度。记为: 语音信号 频率大约为 300~3400Hz, 音乐信号 50~15,000Hz, 扩大器与扬声器 有效带宽约为 15~20,000Hz。 3.系统的通频带信号的带宽,才能不失真 * * * 周期信号的频谱分析——傅里叶级数 主要内容 三角函数形式的傅氏级数 指数函数形式的傅氏级数 两种傅氏级数的关系 频谱图 一.三角函数形式的傅里叶级数 是一个完备的正交函数集 t在一个周期内,n=0,1,....? 由积分可知 1.三角函数集 在满足狄氏条件时,可展成: 直流分量: 余弦分量的幅度 正弦分量的幅度 称为三角形式的傅里叶级数,其系数 2.级数形式 狄利克雷(Dirichlet)条件 条件2:在一周期内,极大值和极小值的数目应是有限个; 条件1:在一周期内,如果有间断点存在,则间断点的数目应是有限个; 条件3:在一周期内,信号绝对可积,即 等于有限值(T1为周期)。 在一周期内,信号是绝对可积的(T1为周期) 狄利克雷(Dirichlet)条件3:说明 这一条件保证了每一系数Fn都是有限值,因为: 例 1 求周期锯齿波的三角形式的傅里叶级数展开式。 周期锯齿波的傅里叶级数展开式为 直流 基波 谐波 其他形式 余弦形式 正弦形式 (3) 关系曲线称为幅度频谱图 关系曲线称为相位频谱图 可画出频谱图 周期信号频谱具有离散性,谐波性,收敛性 幅度频率特性和相位频率特性 二.指数函数形式的傅里叶级数 1.复指数正交函数集 2.级数形式 3.系数 利用复变函数的正交特性 两复变函数在区间(t1,t2)内相互正交的条件是 则此复变函数集为正交函数集。 若在区间(t1,t2)内,复变函数集 满足关系 复变函数的正交特性 说明 三.两种系数之间的关系及频谱图 利用欧拉公式 相频特性 幅频特性和相频特性 幅频特性 频谱图 幅度频谱 相位频谱 离散谱,谱线 请画出其幅度谱和相位谱。 例 2 化为余弦形式 三角函数形式的频谱图 三角形式的傅里叶级数的谱系数 化为指数形式 整理 指数形式的傅里叶级数的系数 谱线 指数形式的频谱图 三角形式与指数形式的频谱图对比 三角函数形式的频谱图 指数形式的频谱图 四.总结 (1)周期信号f(t)的傅里叶级数有两种形式 (3)周期信号的频谱是离散谱,三个性质 (2)两种频谱图的关系 (4)引入负频率 (1)周期信号f(t)的傅里叶级数有两种形式 三角形式 指数形式 (2)两种频谱图的关系 单边频谱 双边频谱 关系 ● ● ● (3)三个性质 (4)引入负频率 注意:冲激函数序列的频谱不满足收敛性 周期单位冲激序列的频谱 分析:狄氏条件是傅里叶级数存在的充分条件。根据冲激信号的定义和特性,其积分有确定值,傅里叶级数存在。即 满足离散性,谐波性不满足收敛性,频带无限宽 主要讨论:频谱的特点,频谱结构, 频带宽度,能量分布。 下面以周期矩形脉冲信号为例进行分析 一.频谱结构 指数函数形式的谱系数 频谱特点 1.指数形式的谱系数 2.频谱及其特点 图3-1 周期矩形脉冲的频谱(T1=4?) 相邻谱线的间隔: 零点的位置: 第一个零点的位置: (k=1) 第一个零点时谱线的序号: 3.总结 矩形脉冲的频谱说明了周期信号频谱的特点: 离散性,谐波性,收敛性

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