我以某种方式“证明”了给定任何 LTI 系统,其传递函数必须是恒定的。我错过了什么?

信息处理 线性系统
2022-01-25 01:25:35

在此处输入图像描述

传递函数定义为输出与输入之比的拉普拉斯变换。

此外,每个 LTI 系统都有一个特征函数。给定这样的特征函数作为输入,输出与输入的比率是一个常数,这意味着传递函数是常数。

3个回答

你基本上是对的:在单个频率点评估的频率响应是一个复杂的常数。请注意,输入信号的更好表示法是,强调只是一个任意但固定的频率,而不等于,后者通常用作傅里叶变换的自变量。所以你想出的常数就是x(t)=ejω0tω0ωH(jω0)

除此之外,您的“证明”中的主要问题是您不能采用的拉普拉斯变换,因为它不存在。即使采用傅里叶变换——它确实作为一个广义函数存在——也无济于事,因为你得到了两个狄拉克脉冲的无意义分数。ejω0t

当然,如果输入的傅里叶变换是(对应于时域输入),那么输出的傅里叶变换将是但是,如上所述,您不能仅将这两个频域表达式相除以求出系统的频率响应。δ(ωω0)ejω0tH(jω)δ(ωω0)=H(jω0)δ(ωω0)

如果您使用复指数作为输入,您可以在时域中除以找到一个特定频率的频率响应:如果,则,这当然是一个通常的复数值常数。x(t)=ejω0ty(t)=H(jω0)ejω0tH(jω0)=y(t)/x(t)

请注意,通常具有傅里叶变换仅允许您确定系统在成立的频率下的频率响应,即通过计算对于复指数,仅在单个频率处满足,因此,您可以仅在该单个频率处确定频率响应。x(t)X(jω)X(jω)0Y(jω)/X(jω)X(jω)0

当 LTI 系统的输入是特征函数时,则:

x(t)=ejω0t=>y(t)=H(ω0)ejω0t

其中是 LTI 系统的相关特征值;在特定频率下评估的传递函数:H(ω0)

H(ω0)=H(s)|s=jω0.

这里不是传递函数,而是只有一个特征函数可以找到它的一个值。H(s)

但是,如果您使用本征函数的一般表达式,则输入为,输出将为这里假设 ; 一个常数,因此在分数表达式中你会发现这里,常数实际上是未知变量 ...x(t)=ejωt

y(t)=H(jω)ejωt.
H(jω)=aH(s)=Y(s)X(s)=a=H(jω) aH(jω)

请注意,特征值将是给定特定频率的复数常数。但是随着给定频率的变化,常数(通常)也会发生变化。它就像一个普通函数被视为特定值是一个相当不同的映射......H(ω)ω0f(x)x=x0x

特征函数ejωt, 取决于参数ω每个都有一个特定的特征值aω(可能不同)。所以对于任何线性算子L(包括拉普拉斯),即使是形式上(不考虑存在),你也不能因式分解aωL(aωejωt)在总和之外,除非所有 aω是平等的。

如果它们相等,那么您确实会有一个恒定的传递函数。

为了使“跳跃太快”的可视化更加具体,我将把你最初的推理用于多项式。有点像:任何单项式除以x是一个常数。多项式是单项式的总和,因此通过将多项式除以适当的幂,每个多项式都是一个常数 [这通常是错误的]