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信号与线性系统翻转课堂笔记8——周期性信号的频谱
The Flipped Classroom8 of Signals and Linear Systems
对应教材:《信号与线性系统分析(第五版)》高等教育出版社,吴大正著 一、要点(1,重点)周期信号频谱的概念及其物理意义; (2,重点)周期矩形脉冲频谱的形状和特点,了解取样函数及其特点,掌握周期和脉冲宽度变化对周期矩形脉冲频谱的影响; (3)频带宽度的概念及其在工程实际中的意义。 二、问题与解答1、取样函数(也称为样本函数)是本课程中另外一个非常重要的信号。在MATLAB中,定义了一个sinc函数来表示取样函数,但是sinc函数的定义方式与教材对取样函数的定义方式略有区别。①请查阅资料以及MATLAB帮助文件,找出这两者定义的差别,并说明如果用sinc函数来求取样函数,应该怎么处理;②基于sinc函数,画出取样函数波形,并总结该函数波形的特点。 2、针对偶对称的周期矩形脉冲(教材图4.3-2),其中T和τ的值自定,利用MATLAB分别画出其单边和双边频谱(幅度谱和相位谱合二为一),单边谱的公式参见课件。①总结单边谱与双边谱的区别与联系,说明已知单边谱,如何画出双边谱;②如何理解双边谱中负频率的物理意义?③如果周期矩形脉冲左移或者右移(使得其不再偶对称),则分别会对其幅度频谱和相位频谱产生何种影响?此时能不能仍然采用幅度谱相位谱合二为一的方式绘制频谱图? 3、上一题中,改变周期矩形脉冲T和τ及其比值T/τ,会对频谱波形产生何种影响,利用MATLAB绘图举例进行分析,根据频谱的物理意义对所得结果进行解释(为什么会增大/减小信号中的高频/低频分量),并据此总结周期矩形脉冲时域脉宽与频谱带宽之间的关系、时域脉冲密度与频谱谱线密度之间的关系。 4、周期矩形脉冲信号的频带宽度是如何定义的?这种定义方式是否适用于任意的周期信号?脉冲宽度的变化对于周期矩形脉冲信号带宽有什么影响?这种影响对于分析和研究信号传输技术具有何种意义(信息是要依靠信号的变化来传输的,变化越快的信号,可以包含越大的信息量,从这个角度进行分析)? 5、 取样函数(也称为样本函数)是本课程中另外一个非常重要的信号。在MATLAB中,定义了一个sinc函数来表示取样函数,但是sinc函数的定义方式与教材对取样函数的定义方式略有区别。①请查阅资料以及MATLAB帮助文件,找出这两者定义的差别,并说明如果用sinc函数来求取样函数,应该怎么处理;②基于sinc函数,画出取样函数波形,并总结该函数波形的特点。 区别: 1、sinc函数是正孩基函数的缩写,sinc(X)=sin(pix)/(pix) 2、Sa函数是采样函数的缩写,Sa(X)=sin(X)/X sinc函数和Sa函数之间相互转换:sinc(X)=Sa(pi*x)。 t=-3*pi:pi/100:3*pi; ft=sinc(t/pi); plot (t,ft); grid on;
针对偶对称的周期矩形脉冲(教材图4.3-2),其中T和τ的值自定,利用MATLAB分别画出其单边和双边频谱(幅度谱和相位谱合二为一),单边谱的公式参见课件。①总结单边谱与双边谱的区别与联系,说明已知单边谱,如何画出双边谱;②如何理解双边谱中负频率的物理意义?③如果周期矩形脉冲左移或者右移(使得其不再偶对称),则分别会对其幅度频谱和相位频谱产生何种影响?此时能不能仍然采用幅度谱相位谱合二为一的方式绘制频谱图? 蓝色部分为公式1:
上一题中,改变周期矩形脉冲T和τ及其比值T/τ,会对频谱波形产生何种影响,利用MATLAB绘图举例进行分析,根据频谱的物理意义对所得结果进行解释(为什么会增大/减小信号中的高频/低频分量),并据此总结周期矩形脉冲时域脉宽与频谱带宽之间的关系、时域脉冲密度与频谱谱线密度之间的关系。 T=2,tao=1/5,T/tao=10 T=2,tao=1/10,T/tao=20
周期矩形脉冲信号的频带宽度是如何定义的?(第一问)这种定义方式是否适用于任意的周期信号?(第二问)脉冲宽度的变化对于周期矩形脉冲信号带宽有什么影响?(第三问)这种影响对于分析和研究信号传输技术具有何种意义(信息是要依靠信号的变化来传输的,变化越快的信号,可以包含越大的信息量,从这个角度进行分析)?(第四问) 周期单位冲激序列:
傅里叶级数帕斯瓦尔恒等式的物理意义是什么?周期矩形脉冲信号频谱带宽范围内是否包含了全部的信号功率?
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