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信号的时频关系—时域压缩频域展宽

(2016-09-28 20:20:51)
标签:

matlab

傅立叶变换

矩形波

时频关系

时域压缩频域展宽

分类: MATLAB

问题描述:

调整时域方波的宽度,谈论随着方波宽度的变化频谱是如何变化的,并分析其原因

 

解析:作出占空比分别为40%和60%的矩形波,对比其频域变化,代码如下:

 

function Accumulation() 
%关于时域方波函数的仿真

Fs=100;                    % Sampling frequency
T=1/Fs;                     % Sample time
L=100;                     % Length of signal
t=(0:L-1)*T;                % Time vector

 

%绘制占空比为40%的方波图形
y1=zeros(1,L); y1(1:0.4*L)=1;
subplot(221); plot(t,y1);
title('占空比为40%的矩形波');
xlabel('Time'); ylabel('Amplitude');

 

%作出对应的频谱图形
NFFT=1024;       
Y1=fft(y1,NFFT)/(0.4*L);
f1=Fs*linspace(0,1,NFFT);
subplot(222); plot(f1,abs(Y1(1:NFFT)));
title('占空比为40%的矩形波对应的频谱函数');
xlabel('Frequency (Hz)'); ylabel('|Y(f)|');

 

%绘制占空比为60%的方波图形
y2=zeros(1,L); y2(1:0.6*L)=1;
subplot(223); plot(t,y2);
title('占空比为60%的矩形波');
xlabel('Time'); ylabel('Amplitude');

 

%作出对应的频谱图形
NFFT=1024;        
Y2=fft(y2,NFFT)/(0.6*L);
f2=Fs*linspace(0,1,NFFT);
subplot(224);
plot(f2,abs(Y2(1:NFFT)));
title('占空比为60%的矩形波对应的频谱函数');
xlabel('Frequency (Hz)'); ylabel('|Y(f)|');

 

运行代码,得到的图形如下:

http://s7/mw690/003kB7qlzy75g2hKklM76&690
结果分析:

      对比占空比分别为40%和60%的矩形波对应的频谱图形可知,随着时域信号的展宽,频域信号变得更加密集。这是由于方波对应频谱函数为Sinc( )函数,Since( )函数的第一零点为1/T,此处的T是时域信号的周期,即矩形波对应为高电平持续的时间。因此,很容易得知随着时域信号的展宽(即T的增大),频域信号压缩(1/T变小,零点之间的间隙变小)。本文是验证了在时域信号为矩形波的情况下满足“时域压缩频域展宽,时域展宽频域压缩”的特性,而该时频关系特性对任意信号都是有效的。
     在代码中,L的值应该设置的合适。按照之前写的“矩形波的傅里叶变换”一文中的说明,MATLAB中对信号进行傅立叶变换时,频谱区间取为[0, Fs],此处Fs取得值为100。倘若L数值取得较大,则对应的时域信号T也将较大,那么对应的1/T将特别小,信号的频谱曲线将特别密集,不利于观察。当L为1000时的运行结果如下所示:

http://s4/mw690/003kB7qlzy75g2k1rbBb3&690
  由于时域信号中T的值分别为4和6,则其对应的频谱波形第一零点分别为1/4和1/6,相对于横轴最大频率值100来说,1/4和1/6均较小,不方便对比时域信号展宽之后,频域波形的变化。

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