周期矩形波信号及其频谱
如图所示信号为脉冲宽度τ,脉冲幅度A,周期为T的周期矩形脉冲信号。
上述周期矩形脉冲信号的傅里叶系数推导可参考占空比任意方波的傅里叶级数展开最终化简可得到下面的表达式。
由此式可得知,该信号频谱谱线大致按照采样函数(Sa(t))形状分布。
频谱如下图所示:
观察该谱线可得如下特点:
频谱为离散谱线
谱线幅度以 Sa(kω0τ/2) 为包络线变化
在 ω = 2mπ/τ 处过零点
主频带宽度为: Bω = 2π / τ
注意这里有的地方是用模拟频率Ω的形式表示:
得到的频谱如下:
其中 ω \omega ω表示数字角频率,单位是rad, Ω \Omega Ω表示模拟角频率,单位是rad/s,二者之间的关系为 ω = Ω ∗ T s \omega=\Omega*T_s ω=Ω∗Ts,其中 T s T_s Ts表示采样周期,如果没有采样,数字角频率也没有意义。
变化关系
T 不变 τ \tau τ 减小时:如下图所示,谱线间距不变,但每两个零点间距离增大,因此谱线数目增多。
也就是说, T / τ T/\tau T/τ表示两个过零点之间的谱线数,这里可以引申到方波信号的傅里叶级数展开(频谱):
由于方波的占空比是50%,那么 τ = T / 2 \tau=T/2 τ=T/2,一个周期只有两根谱线,如果以频率f为横坐标,那么奇数谐波处有谱线,偶次谐波处为过零点,不存在偶次谐波。
τ \tau τ 一定,T增大:频谱变密,幅度减小。
由此可推出,周期无限长时,信号变为非周期信号,谱线由离散谱变为连续谱。