将周期矩形脉冲信号用复指数信号进行展开。由上一篇博客中介绍的,一个复指数和自己进行内积,得到的结果是1,所以,最终可以得到复指数形式的傅里叶级数的展开系数。
将原来的系数Ck换成F(kω0),可以将傅里叶级数的系数,看作是一个频率的函数,也叫做傅里叶级数的频谱函数。
若现在使这个周期函数的周期变大,由于傅里叶级数的表达式前面有一个1/T,那么可以看到频谱的幅度会变小。与此同时,由于ω0 = 2π/T,所以频谱之间的间隔会变小,也就频谱会变密。
若周期变为无穷∞大,那么频谱的幅度就会趋近于0,并且频谱之间的间隔也会趋近于零,也就是,频谱将会变得连续。
因为当周期信号的周期趋近于∞的时候,频谱的幅度趋近于0,为了能够更好地分析信号,需要对上面的傅里叶级数进行进一步的分析。
根据
T= 1/f0 ;
2πf = ω0
可以得到如下式子:
对于 F(kω0)/ω0 , 可以换一种思路来看待,由于 ω0 也趋近于0,并且两条谱线之间的距离为 ω0 ,因此F(kω0)可以看作是一个小矩形的面积。因此可以将 F(kω0)/ω0 看作是一个密度函数,也就是频谱密度函数。
对于一个非周期信号,可以采用频谱密度函数来类似的表示“傅里叶级数”,这个过程被称作为傅里叶变换。
由前面的知识可以知道,要用复指数信号来表示一个信号,就是将这个信号在复指数集当中对各个分量进行投影,求得系数,将这些系数和复指数相乘并累加,最终能够表示出这个信号。
其中 Ck 在前面已经用 F(kω0) 进行了替换,因此可以将信号的叠加表示成如下形式:
由于当当周期趋于无穷的时候, F(kω0) 趋于0,因此需要对上式子进一步处理。就是根据微分和积分的定义,由微小量进行积分,最终能够得到信号的表达。
总结一下傅里叶变换和傅里叶级数,可以联系两者之间的关系和不同。
对于周期信号,其在时域上表现为周期的,在频域上是离散的。
对于非周期信号,其在时域上表现为非周期,在频域上是连续的。
对于一个周期信号,其由一组正交函数集来表示的时候,所需要的正交函数集的间隔是固定的,且间隔不为一个趋近于0的值。
对于一个非周期的信号,用一组正交函数集来表示的时候,所需的正交函数集的间隔很小,趋近于0。
参考:
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