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华南理工大学信号与系统课件第3章
对LTI系统如果系统输出可表示为输入乘以一系数,这时的输入称为系统的特征函数。该系数就是相应特征函数的特征值。 3.8 傅里叶级数与LTI系统 复指数函数是LTI的特征函数 与x(t)=est和x[n]=zn相应的特征值分别为: 其中h(t)和h[n]分别是连续时间和离散时间LTI系统的单位冲激相应。 如果上面的s和z是一般的复数变量,则有H(s)和H(z)分别称为系统函数。 如果 s=jω和 z=ejω,系统函数H(jω)和H(ejω)就称为频率响应。这时有: 显然,如果给定ω, H(jω)和H(ejω)正好就是LTI系统特征函数: x(t)=ejωt和x[n]=ejωn的统特值——输入与特征值相乘即得输出,因而得名。 具体地说,如果LTI的输入为: 当 不变、 时,频谱的包络形状不变,只是幅度减小,谱线间隔变小。 当 改变、 不变时,由于 的包络具有 的形状,而 ,可知其包络形状一定发生变化。当 时,包络的第一个零点会远离原点从而使频谱主瓣变宽。这一点也与连续时间周期矩形脉冲的情况类似。 周期性方波序列的频谱 四. DFS的收敛 DFS 是一个有限项的级数,确定 的关系式也是有限项的和式,因而不存在收敛问题,也不会产生Gibbs现象。 周期序列的频谱也具有离散性、谐波性,当在 区间考查时,也具有收敛性。不同的是,离散时间周期信号的频谱具有周期性。 1. 相乘 2. 差分 周期卷积 Properties of Discrete-Time Fourier Series 3.7 DFS的性质 DFS有许多性质,这里只选几个加以讨论。 3. 时域内插 若 以N为周期, 则 以mN为周期。 令 令 ,则有 时 4. Paseval定理 左边是信号在一个周期内的平均功率,右边是信号的各次谐波的总功率。 上式表明:一个周期信号的平均功率等于它的所有谐波分量的功率之和。也表明:周期信号的功率既可以由时域求得,也可以由频域求得。 3、 在任何单个周期内,只有有限个第一类间断点,且在间断点上的函数值为有限值 后两组条件并不完全等价。它们都是傅里叶级数收敛的充分条件。相当广泛的信号都能满足这两组条件中的一组,因而用傅里叶级数表示周期信号具有相当的普遍适用性。 几个不满足Dirichlet条件的信号 三.Gibbs现象 满足 Dirichlet 条件的信号,其傅里叶级数是如何收敛于 的。特别当 具有间断点时,在间断点附近,如何收敛于 ? 用有限项傅里叶级数表示有间断点的信号时,在间断点附近会不可避免的出现振荡和超量。超量的幅度不会随所取项数的增加而减小。只是随着项数的增多,振荡频率变高,并向间断点处压缩,从而使它所占有的能量减少。 Gibbs现象表明: 例1:周期信号 试确定 的傅里叶级数系数。 解: 由题 的基波周期为 例2:对称周期方波信号 确定 的傅里叶级数系数。 根据 可绘出 的频谱图。 称为占空比 其中 不变 时 不变 时 周期 和脉冲宽度 改变时频谱的变化: 当 不变,改变 时,随 使占空比减小,谱线间隔变小,幅度下降。但频谱包络的形状不变,包络主瓣内包含的谐波分量数增加。 2. 当 改变, 不变时,随 使占空比减小,谱线间隔不变,幅度下降。频谱的包络改变,包络主瓣变宽。主瓣内包含的谐波数量也增加。 周期性矩形脉冲信号的频谱特征: 1. 离散性 2. 谐波性 3. 收敛性 Properties of Continuous-Time Fourier Series 3.5 连续时间傅里叶级数的性质 学习这些性质,有助于对概念的理解和对信号进行级数展开。 一. 线性: 若 和 都是以 为周期的信号,且 则 二.时移: 三.反转: 若 是以 为周期的信号,且 则 若 是以 为周期的信号,且 则 四.尺度变换: 若信号 以 为周期,且 则 周期为 ,且 令 ,当 在 变化时, 在 变化 于是有: 五. 相乘: 若 和 都是以 为周期的信号 则 也即 且: 六.共轭对称性: 若信号 的周期是 且: 则 由此可推得,对实信号有:
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