Понятие колебания и сигнала. Классификация сигналов.Свойства преобразования Фурье, страница 4

Из выражения (10) следует, что модуль спектральной характеристики одиночного импульса и огибающая дискретного амплитудного спектра периодической последовательности этих импульсов, совпадают по форме и отличаются лишь масштабным коэффициентом 1/Т.

Проверим это на примере последовательности прямоугольных импульсов.

Пример:

§6. Свойства преобразования Фурье.

Свойства:

1. Спектр суммы колебаний равен сумме спектров этих колебаний. Замечание: под словом спектр мы понимаем спектральную характеристику.

;

2. Спектр производной импульса:

;

3. Спектр интеграла:

4. Спектр сдвинутого во времени импульса

τ – координата на оси времени, куда переместился импульс.

5. Сдвиг спектра по частоте:

Сдвинутому по частоте спектру соответствует новый сигнал.

6. Изменение масштаба времени (сжатие – растяжение)

Растяжение сигнала во времени приводит к сжатию его спектра во столько же раз.

7. Спектр произведения двух импульсов равен взятой с коэффициентом 1/2π свертке спектров этих колебаний.

8. Спектр свертки двух импульсов равен произведению спектров этих импульсов.

, где

§7. Распределение энергии в спектре импульсного колебания.

Если импульс s(t) представляет собой электрическое колебание, то энергия, выделяемая этим колебанием на сопротивлении в 1 Ом, равна:

Воспользуемся 7-м свойством преобразования Фурье

Допустим что:

Пусть ω=0.

, где S2(ω) – спектральная плотность энергии импульсов, она характеризует распределение энергии импульса по частоте.

§8. Соотношение между длительностью импульса и шириной его спектра.

Это соотношение определяется 6-м свойством преобразования Фурье

Чем протяженнее сигнал во времени, тем менее протяжен его спектр. Однако само понятие протяженность сигнала во времени (длительность импульса) и протяженность спектра по частоте (ширина спектра) нуждается в уточнении.

Начнем с длительности импульса. Есть импульсы (например прямоугольный, треугольный…) у которых эти понятия определены. Но есть и такие, для которых это понятие не определено.

Чтобы получить единообразие в определении длительности импульсов используют энергетический метод, где вводят понятие активной длительности импульса

∆ta – это интервал времени, в котором содержится бóльшая (основная) часть энергии импульса, например, 90%.

Если сигнал (импульс) начинается с нуля, то есть s(t)=0, t<0, то

Пример: найти активную длительность импульса прямоугольного импульса.

Вводится также понятие активной ширины спектра импульса [∆ωа] – интервал частот, в котором содержится основная или большая часть энергии импульса, например, 90% .

Если вычислить активную длительность импульса ∆ta и [∆ωа] для импульсов различной формы, то выяснится общее для всех импульсов правило:

Как бы мы не изменяли форму импульса, всегда [∆fа].∆ta≥μ, где μ – некоторая постоянная.

Примеры: вычислим спектры различных импульсных сигналов

1)

Ранее получено ,

2)

3.

,

.

4.

,

,

,

,

.

5.

Свойства δ-импульса:

а)

б)

, где ε – бесконечная малая величина.

 

Найдем обратное преобразование Фурье:

6. Единичный сигнал или функция Хевисайда.

§9. Корреляционный анализ импульсного колебания.

Кроме спектрального анализа в радиотехнике широко используется корреляционный анализ. Введем понятие автокорреляционной функции импульсного колебания s(t) – АКФ, которая характеризует связь этого сигнала с его копией, сдвинутой на время τ, – s(t-τ). Обозначается функция KS(τ).

Свойства АКФ:

1. KS(τ)= KS(-τ)

2. KS(0)= WS

3. KS(τ)≤ KS(0), при любом τ.

Примеры:

1)

2)

§10. Связь АКФ импульса с его спектральной характеристикой.

Воспользуемся свойством преобразования Фурье.

Пусть , , ; ; ;

 или

 – спектральная плотность энергии импульса

.

На основании свойств преобразований Фурье можно утверждать, что чем протяженнее спектр импульса, тем менее протяженна АКФ, и наоборот.

§11. Понятие взаимной корреляционной функции импульсного колебания (ВКФ).

ВКФ характеризует связь импульса s1(t) с копией другого импульса, сдвинутого во времени на τ, s2(t- τ).

У этой функции:

1. не обязательна четность.

2. Не обязателен максимум в 0

Пример: