连续信号频域分析:功率信号的频谱与能量信号频谱密度

article/2025/10/14 6:29:14

频域分析:

周期信号非周期信号
频谱(离散)频谱密度(也称频谱,连续)
功率谱密度能量谱密度

周期信号and非周期信号幅度谱都是偶函数。

一、功率(周期)信号的频谱

        认为周期信号为功率信号、非周期信号为能量 信号

        1.1周期信号的虚指数/三角傅里叶级数:

        其中, 

        1.2 意义:从频域上看,周期信号是由其所有频率分量叠加而成,并且这些频域分量都是周期信号频率的整数倍,傅里叶级数的作用就是算出这些不同的频率分量的幅度和相位。

        从时域上看,周期函数是有其不同频率分量对应的正弦函数叠加而成,因为单个频率分量对应的时域信号为正弦函数。

        1.3所以,周期信号的频域分析就是分析频谱:幅度谱和相位谱。两种完备集对应的频谱关系如下:

        (1)三角函数:频谱都是单边谱

        (2)虚指数 :频谱都是双边谱

        幅度谱:关于纵轴对称是偶函数,正频率和负频率的幅度大小只有单边谱An的一半,直流分量单边谱双边谱一致;

        相位谱:奇函数,相位大小与单边谱相位谱一样,只不过多了对称的负频率部分。

二、功率(周期)信号的功率谱密度

        周期信号由于能量无限,所以没有能量谱,只有功率谱

三.能量(非周期)信号频谱密度 

        非周期信号的频域用傅里叶变换分析:

        2.1为什么是频谱密度,不是频谱?

        因为非周期信号之所以利用FT是因为其傅里叶级数都趋于0(非周期信号=周期趋于无穷的周期信号,所以其复傅里叶系数Fn=0,所以傅里叶级数无法反映非周期信号不同频率分量间的大小关系),所以采用傅里叶变换,放大不同频率分量间的大小关系,而且其频谱是连续函数,只可表示其密度。

        2.2

        2.3 特点:周期信号和非周期信号频谱都是正频率与负频率模偶对称,相位奇对称。

        2.4FT

        引入冲激函数后,周期信号的频谱可以用FT分析,各谐波频率分量处幅度为∞,用冲激函数表示

四.能量(非周期)能量谱密度

        即FT的平方

五.自相关函数

        功率信号的自相关函数与功率谱是一对傅里叶变换对,可以通过求自相关函数的FT求功率谱密度。

        能量信号的自相关函数与能量谱是一对傅里叶变换对,可以通过求自相关函数的FT求能量密度。


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