频谱频谱: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。
f(t)的频谱图 根据傅里叶展开形式不同,分为单边谱和双边谱 注意 要化为标准形式,即余弦形式,再求得周期即可绘图。如果转化为双边的话,振幅为偶函数,相位为偶函数。 双边频谱 能量谱信号能量:信号(电压或电流) 在1Ω电阻上的瞬时功率为 , 在区间 的能量为 。 如果信号能量有限,即 称为能量有限信号, 简称能量信号。例如门函数,三角形脉冲,单边或双边指数衰减信号等。 帕斯瓦尔方程(能量方程) 能量密度谱:单位频率的信号能量。为了表征能量在频域中的分布情况而定义的能量密度函数 ,简称为能量频谱或能量谱。 在频带 内信号的能量为 ,因而信号在整个频率区间 的总能量为:
通过和帕斯瓦尔能量方程比较可以得出: 分析可知:能量有限信号的能量谱 与自相关函数 是一对傅里叶变换,即 。 其中 。 右边为门函数的能量谱 信号的能量谱 是 的偶函数,它只取决于频谱函数的模量,而与相位无关。单位:J·s。 功率谱信号功率:时间 区间上信号 的平均功率,即:
功率谱:又称功率密度谱,单位频率的信号功率, 。信号的功率谱 是 的偶函数,它只取决于频谱函数的模量,而与相位无关。单位:W·s 维纳-辛钦(Wiener-Khintchine) 关系 功率有限信号的功率谱P (ω)与自相关函数R(τ) 是一对傅里叶变换,即 。 注意此时的自相关函数为 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。 (1) 周期矩形脉冲信号,频带宽度为第一个零点,频带宽度为 ,约占总能量的90.3%。 周期信号的频谱周期矩阵脉冲函数 周期矩阵脉冲函数,指数形式傅里叶级数的系数为: , 周期矩阵脉冲函数 注. ,基频: ,幅度: ,两零点间谱线数: 周期信号频谱的特点 (1) 离散性:以基频 为间隔的若干离散谱线组成; 脉冲函数变窄,谱线密度不变。时域压缩,频域展宽 脉冲函数周期变长,谱线变密。周期变为无穷时,过渡为非周期信号的连续频谱 频谱的收敛性 (1) 振幅是收敛的:信号的能量主要集中在低频分量中。 低频反映信号的主要信息,高频表现细节。 非周期信号的频谱当 时,周期信号非周期信号 傅里叶变换是一个周期内的频谱密度 为什么要有功率谱既然我们可以利用傅里叶变换将时域的信号转化为频域信息,最终也能还原回时域,为什么还需要功率谱? 因为在信号的传输过程中,会加入一些噪声,而噪声是没有对应的频谱信息的,例如白噪声的频谱是一条直线。 而且在信号传输过程中,接收端收到的信号不可能和发送端一模一样,是一个随机信号。而傅里叶变换是针对确定信号的。即随机信号的频谱是不存在的。但大部分随机信号是平稳的,而平稳随机信号的功率谱是存在的。[1] 【参考文献】 信号频域分析方法的理解(频谱、能量谱、功率谱、倒频谱、小波分析) 参考
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信号频域分析方法的理解(频谱、能量谱、功率谱)
频谱频谱: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。 的频谱图如下f(t)的频谱图根 ......
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