Категории
Объединяя в (4.1) комплексно сопряженные составляющие (члены ряда, симметричные относительно центрального члена ряда S0), можно перейти к ряду Фурье в тригонометрической форме:
s(t) = Ао+2
(An cos(nDwt) + Bn sin(nDwt)), (4.6) s(t) = Ао+2Rn cos(nDwt + jn). (4.6')
Значения An, Bn вычисляются по формулам (4.4-4.5), значения Rn и jn - по (4.3').
Ряд (4.6) представляют собой разложение периодического сигнала s(t) на сумму вещественных элементарных гармонических функций (косинусных и синусных) с весовыми коэффициентами, удвоенные значения которых (ᴛ.ᴇ. значения 2An, 2Bn) не что иное, как реальные амплитуды соответствующих гармонических колебаний с частотами nDw. Совокупность амплитудных значений этих гармоник образует односторонний физически реальный (только для положительных частот nDw) спектр сигнала. Важно заметить, что для сигнала на рис. 4.1, к примеру, он полностью повторяет правую половину приведенных на рисунке спектров с удвоенными значениями амплитуд (за исключением значения Ао на нулевой частоте, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ, как это следует из (4.6), не удваивается). Но такое графическое отображение спектров используется довольно редко.
В технических приложениях более широкое применение для отображения физически реальных спектров находит формула (4.6'). Спектр амплитуд косинусных гармоник 2Rn при таком отображении принято называть амплитудно-частотным составом сигнала, а спектр фазовых углов гармоник – фазовой характеристикой сигнала. Форма спектров повторяет правую половину соответствующих двусторонних спектров (см. рис. 4.2) также с удвоенными значениями амплитуд. Для четных сигналов отсчеты фазового спектра могут принимать только значения 0 или p, для нечетных соответственно ±p/2.
На рис. 4.4 показано разложение в комплексный ряд Фурье модельного сигнала, выполненное в среде Mathcad. Модель сигнала задана с тремя разрывами первого рода (скачками). Любой скачок функции содержит все частоты диапазона до бесконечности, в связи с чем ряд Фурье также бесконечен и очень медленно затухает. На рисунке приведены значения только первых 100 членов ряда, при этом график спектра сигнала, как это обычно принято на практике, построен в виде огибающей значений модулей коэффициентов ряда Sn и только по области положительных значений n.
Программа на рис. 4.5 продолжает программу рис. 4.4 и показывает реконструкцию сигнала по его спектру при ограничении числа членов ряда Фурье.
Рис. 4.4. Разложение сигнала в комплексный ряд Фурье
Рис. 4.5. Реконструкция сигнала (продолжение программы на рис. 4.4)
На верхнем графике рисунка приведен реконструированный сигнал при N = 8 (гармоники первого пика спектра, центр которого соответствует главной гармонике сигнала и члену ряда n = ws/Dw), N = 16 (гармоники двух первых пиков) и N=40 (пять первых пиков спектра). Естественно, что чем больше членов ряда включено в реконструкцию, тем ближе реконструированный сигнал к форме исходного сигнала.