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第2章 确定信号分析:傅里叶变换

调整基波频率,观察频谱变化
调整叠加的谐波数量
基波频率 2.00 Hz
谐波数量 5
最高谐波频率 10.00 Hz
傅里叶级数展开:$x(t) = \sum_{n=1}^{N} \frac{4A}{n\pi} \sin(n\omega_0 t)$ (方波)

💡 核心数学证明

傅里叶分析将周期信号分解为正弦分量的叠加:

傅里叶级数:

$$ x(t) = a_0 + \sum_{n=1}^{\infty} [a_n \cos(n\omega_0 t) + b_n \sin(n\omega_0 t)] $$

方波傅里叶级数:

$$ x(t) = \frac{4A}{\pi} \sum_{k=0}^{\infty} \frac{\sin((2k+1)\omega_0 t)}{2k+1} $$

其中 $\omega_0 = 2\pi f_0$ 为基波角频率。

⚙️ 工程应用

傅里叶分析在通信系统中有广泛应用:

  • 频谱分析: 分析信号的频率成分
  • 滤波设计: 设计低通、高通滤波器
  • 调制解调: 在频域进行信号处理
  • 语音识别: 提取语音信号的频谱特征