信號(hào)完整性知識(shí)點(diǎn)2 -- 時(shí)域、頻域

時(shí)域就是我們的現(xiàn)實(shí)世界顿天,我們所經(jīng)歷的事情都是在時(shí)域中發(fā)生和處理的堂氯,時(shí)域是唯一實(shí)際存在的域。在信號(hào)分析中牌废,時(shí)域中時(shí)鐘波形的橫坐標(biāo)是時(shí)間咽白,縱坐標(biāo)是電壓,體現(xiàn)了兩個(gè)重要參數(shù)鸟缕,時(shí)鐘周期和上升邊晶框。

頻域不是真實(shí)的,是一個(gè)由數(shù)學(xué)構(gòu)造的遵循特定規(guī)則數(shù)學(xué)世界叁扫。正弦波是頻域的語言三妈,是頻域中唯一存在的波形,這是頻域中最重要的法則莫绣。因?yàn)闀r(shí)域中的任何波形都可用正弦波合成畴蒲。在射頻或通信中,常會(huì)提到頻域对室。

正弦波有如下4個(gè)性質(zhì):

1. 時(shí)域中的任何波形都可以由正弦波的組合完全且唯一地描述模燥。

2. 任何兩個(gè)頻率不同的正弦波都是正交的咖祭。如果將兩個(gè)正弦波相乘并在整個(gè)時(shí)間軸上求積分,則積分值為零蔫骂。這說明可以將不同頻率分量相互分離開么翰。

3. 正弦波有完美的數(shù)學(xué)定義。

4. 正弦波及其微分值處處存在辽旋,沒有上下邊界『葡樱現(xiàn)實(shí)世界是無窮的,因此可用正弦波描述現(xiàn)實(shí)中的波形补胚。

正弦波的特征

在時(shí)域中的一個(gè)單一的正弦波在頻域中只表示為一個(gè)點(diǎn)码耐。


頻域中用3個(gè)參數(shù)可以充分描述正弦波:頻率、幅度溶其、相位骚腥。

頻率和幅度我們能清楚認(rèn)識(shí),平時(shí)用的也最多瓶逃,如果加入相位會(huì)更為復(fù)雜束铭。

相位給出信號(hào)在時(shí)間軸的起始位置,以圓周厢绝、弧度(rad)或度(°)為單位契沫,一個(gè)圓周有360°。雖然相位在數(shù)學(xué)分析中很重要代芜,但為了重點(diǎn)關(guān)注正弦波更重要更貼合我們?cè)O(shè)計(jì)的方面埠褪,在大多數(shù)討論中,我們減少相位的使用挤庇。


通常一個(gè)波形由多個(gè)正弦波組成,對(duì)于若干個(gè)頻率點(diǎn)贷掖,其幅值的集合成為頻譜嫡秕,每個(gè)時(shí)域波形的頻譜都有其獨(dú)特的模式,計(jì)算時(shí)域波形頻譜的唯一方法就是傅里葉變換苹威。

理想方波的頻譜

理想方波的上升邊為0昆咽,它并不是真實(shí)的波形,只是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的近似而已 牙甫,然而觀察理想方波的頻譜可以的餓到有用的感悟掷酗,運(yùn)用這些感悟可以估計(jì)實(shí)際波形。

以頻率為1GHz窟哺,幅值為1V的理想方波為例泻轰,由傅里葉變換可以得到,所有偶次諧波幅度均為0且轨,奇次諧波幅度An = 2/nπ浮声,An為n次諧波的幅度虚婿。

1次諧波的幅度為0.63V,3次諧波的幅度是0.21V泳挥,1001次諧波的幅度是0.00063V然痊。

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