前言:

《信号与系统》解读 第3章 强大的傅里叶时域频域分析工具-4:傅里叶运算的5大主要特性_频移特性

傅里叶变换是属于“信号与系统”的“系统”部分,它是对输入的时域信号进行处理,然后得到频率信号。本质上是一种数学运算。

从傅里叶数学运算总体的效果上,傅里叶运算具有5大特性:

1. 线性特性

2. 共轭对称性

3. 时移特性/相移特性(时间t的平移)

4. 对偶/称特性

5. 频移特性


 

1. 线性特性

(1)图形表达

  • 线性放大的乘法运算

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时域信号的幅度放大,对应于频域信号幅度的放大。

 

  • 线性相加的加法运算

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时域信号的幅度相加,对应于相应频域信号幅度的相加。

 

(2)数学表达式

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线性特性表明:多个时域信号累加后的频率特性,是单个时域信号傅里叶变换后的频率特性的累加。

这个特性非常重要,在解决实际问题是也很实用。

对于复杂的时域信号,可以先通过线性分解,把一个复杂的时域信号先分解成多个简单的时域信号,

然后对单个时域信号进行傅里叶运算,并把各自运算的结果进行累加,最后得到复杂的时域信号的傅里叶运算的频域信号。

 

(3)实际案例

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2. 共轭对称性

“共轭”的这个词不很直观,其实共轭的本意是:两头牛背上的架子称为轭,轭使两头牛同步行走。

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共轭即为按一定的规律相配的一对。通俗点说就是孪生。

共轭是针对复数而言的,如果两个复数的实部相等,其虚部为相反数,那么这两个复数就是共轭的。

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傅里叶变化的共轭特性是指:

(1)图形表达

(2)数学表达式

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(3)实际案例


3. 时移特性/相移特性(时间t的平移)

(1)图形表达

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从上图可以看出,时域信号在增加延时t0后,频率特性并没有发生变化,变化的是移动了一个在t0时间内相位,相位的大小为:ω*t0,体现在图中就是《信号与系统》解读 第3章 强大的傅里叶时域频域分析工具-4:傅里叶运算的5大主要特性_线性特性_11.

 

(2)数学表达式

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(3)实际案例

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4. 对偶/称特性

(1)图形表达

  • 情形1

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这个特性相的相对比较简单,但其蕴含了的时域与频域最极端的两种情形!时间变化t趋于0和趋于无穷;谐波信号的频率趋于0和趋于无穷,各两种极端情形。

时域上瞬间变化的脉冲信号,体现在频率上,包含了所有频率值的谐波分量。

时域上永恒不变的直流信号,体现在频率上,占用频谱资源的0频,就频率大小为0,表示不包含任何交流信号。

  • 情形2

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时域上的单脉冲信号,频域上,内含无穷多个谐波分量,且频谱带宽无限,所有谐波分量符合sinc函数的规律。

时域上的sinc信号,在频域上,包含无穷多个谐波分量,但所有的谐波分量的频率被限定在特定的频率带宽内!

(2)数学表达式

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(3)实际案例

 

5. 频移特性

(1)图形表达

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时域上:两个信号相乘 x(t) * 《信号与系统》解读 第3章 强大的傅里叶时域频域分析工具-4:傅里叶运算的5大主要特性_傅里叶运算_18

频域上:把x(t)的频谱X(ω)搬移到ω0处。

频移特性非常非常的重要!在移动通信和无线通信中,得到了及其广泛的应用。

射频解调和调制,就是利用了傅里叶运算的频移特性!

调制:把基带信号频谱搬移到载波信号的频谱周围。

解调:把调制后信号的频谱,在反向搬移到0频附近,留下基带信号的频谱!

这就是大名鼎鼎的频谱搬移!

 

(2)数学表达式

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时域信号=基带信号:x(t)

基本信号=载波信号:《信号与系统》解读 第3章 强大的傅里叶时域频域分析工具-4:傅里叶运算的5大主要特性_频移特性_21

频率移动=已调信号:《信号与系统》解读 第3章 强大的傅里叶时域频域分析工具-4:傅里叶运算的5大主要特性_线性特性_22

复指数运算,很容易得到频谱搬移的结论:

两个复指数函数相乘,实际上就是指数的相加,如下所示:

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(3)实际案例

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