信号与系统_第三章_典型例题


第三章典型例题

[对称性]

例一

已知\(\text{sgn}(t)\leftrightarrow \frac{2}{j\omega}\),求\(\mathscr{F}(\frac{1}{t})\).

解:由对称性可知

\[\frac{2}{jt}\leftrightarrow 2\pi\text{sgn}(-\omega) \]

可得

\[\frac{1}{t}\leftrightarrow -j\pi\text{sgn}(\omega) \]

例二

已知\(EG_\tau(t)\leftrightarrow E\tau\text{Sa}(\frac{\omega\tau}{2})\),求\(\mathscr{F}(\text{Sa}(\omega_0t))\).

解:由对称性可知

\[\text{Sa}(\omega_0t)\leftrightarrow \frac{\pi}{\omega_0}G_{2\omega_0}(\omega) \]

[时移特性]

例三

图为三矩形脉冲信号,求其傅氏变换.

M9FFQs.png

解:相当于矩形脉冲信号进行了两次时移后的叠加,可得

\[\begin{align} F(\omega)&=E\tau\text{Sa}(\frac{\omega\tau}{2})(1+e^{j\omega T}+e^{-j\omega T})\notag\\ &=E\tau\text{Sa}(\frac{\omega\tau}{2})[1+2\cos(\omega T)]\notag \end{align} \]

[频移特性]

例四

图为矩形调幅信号的波形,表达式为\(f(t)=EG_\tau(t)\cos(\omega_0t)\),求其傅氏变换.

M9kE1H.png

解:由欧拉公式,可得

\[f(t)=\frac{1}{2}EG_\tau(t)(e^{j\omega_0t}+e^{-j\omega_0t}) \]

根据频移特性,时域中信号乘以\(e^{j\omega_0t}\)在频域表现为进行频移,得

\[F(\omega)=\frac{E\tau}{2}\{\text{Sa}[\frac{(\omega-\omega_0)\tau}{2}]+\text{Sa}[\frac{(\omega+\omega_0)\tau}{2}]\} \]

[频域微分特性]

例五

已知\(f(t)\leftrightarrow F(\omega)\),求\(\mathscr{F}[(t-2)f(t)]\).

解:

\[\begin{align}\mathscr{F}[(t-2)f(t)]&=\mathscr{F}[tf(t)-2f(t)]\notag\\&=jF^{'}(\omega)-2F(\omega)\notag\end{align} \]

例六

\(\mathscr{F}(t^n)\).

解:

\[t^n=t^n\cdot1\leftrightarrow j^n\frac{d^n(2\pi\delta(\omega))}{d\omega^n} \]

[时域积分特性]

例七

求门函数积分的傅氏变换.

解:\(\omega=0\)时,\(F(0)\ne0\),可得

\[\int_{-\infty}^{\tau}G_\tau(\tau)d\tau\leftrightarrow\pi\tau\delta(\omega)+\frac{\tau}{j\omega}\text{Sa}(\frac{\omega\tau}{2}) \]

[综合]

例八

据图写出\(f(t)\).

M9ZdsJ.png

解:由图可知

\[F(\omega)=AG_{2\omega_0}(\omega)e^{j\omega t_0}\leftrightarrow \frac{A\omega_0}{\pi}\text{Sa}[\omega_0(t-t_0)] \]

例九

已知\(f(t)=\text{Sa}(t)=\frac{\sin t}{t}\),求其带宽(\(Hz\)).

解:首先运用对称性进行傅氏变换,即为

\[\text{Sa}(t)\leftrightarrow \pi G_2(\omega) \]

频谱是一个门宽为\(2\)的门函数,则其带宽为\(1(Rad/s)\).因题中所给单位是\(Hz\),通过

\[\omega=2\pi f \]

可得带宽为

\[f=\frac{1}{2\pi} \]

单位为\(Hz\).

[卷积定理]

例十

求升余弦脉冲的傅氏变换.

解:升余弦脉冲的表达式为

\[f(t)=(1+\cos t)G_{2\pi}(t) \]

根据频域卷积定理可得

\[\begin{align}F(\omega)&=\frac{1}{2\pi}[2\pi\delta(\omega)+\pi\delta(w-1)+\pi\delta(\omega+1)]*2\pi\text{Sa}(\pi\omega)\notag\\&=-\frac{2\sin\pi\omega}{\omega(\omega^2-1)}\notag\end{align} \]

[周期函数傅氏变换]

例十一

求如图周期矩形脉冲序列的傅氏变换.

MiUONq.png

解:先看单个脉冲的傅氏变换

\[F_0(\omega)=E\tau\text{Sa}(\frac{\omega\tau}{2}) \]

再根据脉冲变周期的傅氏变换关系得

\[F(n\omega_1)=\frac{1}{T_1}F_0(\omega)|_{\omega=n\omega_1} \]

所以可得该周期函数的傅氏变换为

\[\begin{align} F(\omega)&=2\pi\sum_{n=-\infty}^{\infty}\frac{E\tau}{T_1}\text{Sa}(\frac{n\omega_1\tau}{2})\delta(\omega-n\omega_1)\notag\\ &=E\tau\omega_1\sum_{n=-\infty}^{\infty}\text{Sa}(\frac{n\omega_1\tau}{2})\delta(\omega-n\omega_1)\notag \end{align} \]

也可以利用时域卷积定理求解,将信号写为

\[f(t)=f_0(t)*\delta_T(t) \]

根据时域卷积定理,得

\[F(\omega)=F_0(\omega)\omega_1\sum_{n=-\infty}^{\infty}\delta(\omega-n\omega_1) \]

利用冲激信号的抽样性质

\[F(\omega)=\omega_1\sum_{n=-\infty}^{\infty}F_0(n\omega_1)\delta(\omega-n\omega_1) \]

其中

\[F_0(n\omega_1)=E\tau\text{Sa}(\frac{n\omega_1\tau}{2}) \]

带入上式,得

\[\begin{align} F(\omega)&=\omega_1\sum_{n=-\infty}^{\infty}E\tau\text{Sa}(\frac{n\omega_1\tau}{2})\delta(\omega-n\omega_1)\notag\\ &=E\tau\omega_1\sum_{n=-\infty}^{\infty}\text{Sa}(\frac{n\omega_1\tau}{2})\delta(\omega-n\omega_1)\notag \end{align} \]

结果和之前的相同.


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