为什么傅里叶级数和方波的变换不同?

信息处理 傅里叶变换 傅里叶级数
2022-02-25 13:24:57

这是傅里叶级数透视呈现的方波: 在此处输入图像描述

以上系数表明方波仅由其奇次谐波组成。

但是这里下面的方波是通过傅里叶变换的角度呈现的: 在此处输入图像描述

上图显示方波由所有频率组成,不仅是谐波,而且是连续的。

当我查看方波的 FFT 时,它看起来像是连续的傅里叶变换。

系列和变换对方波给出了不同的解释。这是为什么?

1个回答

方波的傅里叶级数展开确实是基频的奇数倍的正弦之和。因此,回复您的评论,1 kHz 方波包含 999 Hz 的分量,而仅包含 1 kHz 的奇次谐波。

傅里叶变换告诉我们给定信号中存在哪些频率分量。由于在这种情况下信号是周期性的,所以傅里叶级数和傅里叶变换都可以计算出来,它们应该告诉我们相同的信息。连续周期性方波的傅里叶变换由傅里叶级数展开中包含的每个谐波中的脉冲组成。也许这张来自 Oppenheim 的Signals and Systems的图片可能会有所帮助。

在此处输入图像描述

实际的傅立叶变换只是脉冲。虚线是一个 sinc 函数,它不适用于这个问题,但给出的概念是这种变换与方脉冲(即非周期性信号)的变换有关,而方脉冲恰好是一个 sinc。

从数学上讲:

  • 傅里叶级数系数​​为
    sin(kω0T)kπ
  • 傅里叶变换是
    k=2sin(kω0T)kδ(ωkω0)

所以级数系数和傅里叶变换是相同的,除了比例因子为并且在第一种情况下,您绘制条形图(因为系数不描述函数,它们只是数字),但是在第二个中你有冲动(因为傅里叶变换是一个函数)。2π