Балтийский федеральный университет имени И. Канта
Физико-технический факультет
-
Утверждаю
Заведующий кафедры
к.т.н., доцент
А. Шпилевой
«___»_________ 200__ г.
Л Е К Ц И Я № 6
Тема: «Спектральное представление сигналов»
Текст лекции по дисциплине: «Теория электрической связи»
-
Обсуждена и одобрена на заседании кафедры
протокол №___ от «___»___________200__г.
Г. Калининград 2012 г.
Текст лекции № 6
по дисциплине: «Теория электрической связи»
Введение
Электрические сигналы связи – меняющиеся со временем сигналы напряжения или тока, обычно описываемые во временной области. С другой стороны, подобные сигналы также удобно описывать в частотной области, где описание сигнала называется его спектром. Спектральные понятия достаточно важны при анализе и проектировании систем связи, они могут описывать сигнал через его среднюю мощность или энергетическое содержание на различных частотах и показывают, какую часть электромагнитного спектра занимает сигнал. Частотные спектральные характеристики можно приписать, как и собственно сигналам, так и электрическим схемам. Если говорится, что конкретный спектр описывает конкретный сигнал, подразумевается, что один из способов описания сигнала – это задать его амплитуду и фазу как функцию частоты. В то же время. Когда мы говорим о спектральных параметрах схемы, имеем в виду передаточную функцию, связывающую выход схемы с её входом, т. е. схема характеризуется тем, какая часть спектра входного сигнала пройдёт на выход.
1. Спектры периодических сигналов.
Периодическими называют сигналы, обладающие следующим свойством:
|
|
(1) |
|||
|
|
||||
|
где |
T |
– |
период; |
|
|
|
k = 0, 1, 2, 3 … |
|||
Как известно из курса высшей математики, такие функции, удовлетворяющие условиям Дирихле, можно описать суммой тригонометрического ряда (ряда Фурье):
|
|
(2) |
|||
|
|
||||
|
где |
|
|
|
|
Формула
(2) ряда Фурье удобна с точки зрения
простоты вычисления коэффициентов
разложения
и
.
Ряд Фурье можно записать иначе:
|
|
(3) |
||||
|
|
|||||
|
где |
|
|
|
|
|
Совокупность
амплитуд
называют
амплитудным,
а совокупность фаз
–
фазовым
спектрами.
Их можно изображать графически (рис.
1).
|
|
|
|
|
Рисунок 1 – Амплитудный и фазовый спектры |
Амплитудный и фазовый спектры сигнала в совокупности определяют его форму (временную зависимость).
Наиболее компактной является запись ряда Фурье в комплексной форме:
|
|
(4) |
|
|
|
||
|
где |
|
|
Комплексный
спектр (4) можно интерпретировать как
представление
в виде сумм спектральных составляющих
,
каждая из которых представляет пару
гармонических колебаний с половинной
амплитудой
на положительной
и отрицательной
частотах. Для вещественных функций
– амплитудный спектр – чётная функция
частоты,
– фазовый спектр – нечётная функция
частоты.
Ряд
Фурье является частным случаем обобщённого
ряда Фурье при выборе в качестве базиса
совокупности тригонометрических
или экспоненциальных
функций.
Выводы
1. Математическим аппаратом спектрального анализа периодических сигналов является ряд Фурье.
2. Спектры периодических сигналов дискретные (линейчатые), представляют совокупность амплитуд и фаз гармонических колебаний.




