信号与系统,用矩型脉冲,脉宽取无限大的方式,求阶跃信号u(t)的傅里叶变换,求详细步骤?

信号与系统,用矩型脉冲,脉宽取无限大的方式,求阶跃信号u(t)的傅里叶变换,求详细步骤?,第1张

你可以查阅信号与系统第二版,邓君里。课本第128页。网上有电子版课本

1、F(w)=∫ f(t)e* dt , 积分范围是从-∞到+∞,e的指数是-jwt。就是傅里叶变换的表达式。

此表达式就是一个自变量为w的函数,然后把W=0带入上式,变成F(0)=∫ f(t) dt,就是对f(t)从-∞到+∞的积分,由于f(t)的t的范围为-1到1,则积分范围变成-1到1,积分的物理意义就是:函数f(t)所围成的面积。在这里是三角形的面积。

2、f(t)=(2π的倒数)* ∫ F(W)e*dw,其中e的指数是jwt。这是一个关于t的函数,把t=0带入,f(0)=(2π的倒数)*∫ F(w)dw,其中e*jwt变成为1.则F(W)函数从-∞到+∞的积分等于f(t)在t=0出的值f(0)的2π倍。

这个题的目的是想告诉我们:在通讯系统中,通信速度和占频带宽度是一对矛盾的。

因此考题可能会出:请用傅里叶变换知识,解释一下通讯速度和占频带宽度是一对矛盾的。?(答案就是系统与系统,第二版,邓君里版,128-129页)

冲激函数的性质的计算,单位冲激函数求导

如上所述,各个矩形脉冲的时域波形如下图所示。

图1单一矩形脉冲信号

可以通过傅立叶变换求出其频谱函数

(1) ) ) )。

频谱函数的示意图(频域分布曲线)如下图所示。

图2单矩形脉冲的谱函数

一、特殊的单个矩形脉冲信号

如果数值取单一矩形脉冲信号的脉冲宽度

(2) ) ) )。

无论脉冲宽度如何变化,函数图像下方的面积总是为1,即

(3) ) )。

如下图所示。

图3特殊的单矩形脉冲

这个特殊的单一矩形脉冲信号的数学公式

(4) ) )。

因此,该傅立叶变换可以从式(1)中得到

(5) ) )。

这是最大振幅为1的采样函数,频域曲线如下图所示

图4特殊单矩形脉冲的光谱

二、单位冲激函数的定义

对于图3和式(4)所示的特殊的单一矩形脉冲,若将脉冲宽度设为0并取极限,则单一矩形脉冲成为t=0且持续时间无限小、宽度无限大、面积为1的特殊信号(或广义函数)。 科学界将此广义函数称为单位脉冲函数或xndls(dirac )函数。 表记为

(6) ) )。

单位脉冲函数的示意图如下图所示

图5单位脉冲函数示意图

单位脉冲函数是广义函数,其振幅为无穷大,图像只能用带箭头的射线表示。 但是,通常不是其振幅,而是只用括号表示脉冲强度(s ),即面积。 根据等式(3)和(6),发现其面积(脉冲强度)为1,并且被称为“单位”脉冲函数。 单位脉冲函数的自变量不限于时间t,并且可以是任意物理量x。

实际上延迟的单位脉冲函数也很常用,公式如下。

(7) ) )。

其形象是

图6延迟的单位脉冲函数的示意图

三、单位冲激函数的性质

ndent:2em">根据单位冲激函数的定义,它具有下列最基本的性质:

1、广义积分归一性:

(8)

2、筛分性质:单位冲激函数与任意函数乘积,等于只筛选出t=t0时刻f(t)的值作为冲激强度。

(9)

3、抽样性质:

(10)

更一般地,有

(11)

即通过与δ函数(或延时的δ函数)乘积的积分,把任意的连续函数f(t)抽样为t=t0处的一个函数值。

4、微积分性质:δ函数的累计积分等于单位阶跃函数ε(t)。

(12)

反过来单位阶跃函数的微商等于单位冲激函数:

(13)

其中单位阶跃函数为

(14)

其图象为

图7 单位阶跃函数的图象

四、单位冲激函数的频谱

由单位冲激函数的定义和抽样性质,其频谱密度函数(傅里叶变换)为:

(15)

频谱如下图:

图8 单位冲激函数的频谱

实际上,由式(5)和图5可以看出,当特殊的单个矩形脉冲信号的持续时间τ趋于无穷小时,频谱图5中的零点趋于无穷远处,即

(16)

则很容易看出图5的频谱曲线就转化成图8的水平线。可见单位冲激函数的频带宽度为无穷大,科学界称这样的频谱密度为“均匀谱”或曰“白色谱”。

五、连续函数的冲激表示

引进冲激函数概念,为信号的时域分析和频域分析提供了极大的方便。比如任何一个连续函数f(t)都可以表示为无穷多个不同加权的冲激函数之和,即加权积分:

(17)


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