Спектральна діаграма сигналу
Це графічне зображення спектра.
Якщо будь-який сигнал представлений у вигляді суми гармонійних коливань з різними частотами, то говорять, що здійснено спектральне розкладання цього сигналу. Сукупність окремих гармонійних компонентів сигналу утворюють його спектр.
Розрізняють амплітудні та фазові спектральні діаграми.
Амплітудна спектральна діаграма сигналу - діаграма розподілу за частотою гармонійних амплітуд складових сигналу. Амплітуди гармонік можуть набувати лише позитивних значень. У них міститься важлива інформація про розподіл енергії сигналу з різних частотних складових.
Малюнок 3.2 – Амплітудна спектральна діаграма.
Фазова спектральна діаграма сигналу - діаграма розподілу частот частот фаз гармонійних складових сигналу. Фази гармонік можуть набувати як позитивних, так і негативних значень в інтервалі [-π, π].
Малюнок 3.3 – Фазова спектральна діаграма.
Спектральні діаграми можна спостерігати за допомогою спектрального аналізатора.
Переваги: знання спектра дозволяє здійснити неспотворену передачу сигналу каналом зв'язку, забезпечити поділ сигналів і ослаблення перешкод.
Недоліки: форма сигналу визначається сукупністю як амплітудними, і фазовими складовими спектра.
Векторна діаграма сигналу
Це зображення струмів і напруг координатної площині через вектори, зіставлені гармонійним коливанням.
Вектори, що представляють на координатній площині гармонійні коливання різних частот, будуть обертатися проти ходу годинника навколо початку координат з різними кутовими швидкостями. Їхні модулі визначаються амплітудами коливань, а кути нахилу в момент початку відліку –значеннями початкових фаз. Проекції векторів на вісь абсцис являтимуть собою косінусоїдальні коливання, на вісь ординат - синусоїдальні. Вони вкажуть, як змінюватимуться в часі миттєві значення струмів та напруг.
Рисунок 3.4 – Векторна діаграма.
Переваги: наочність інтерпретації спектрального розкладання.
Недоліки: незручність при поданні поведінки у часі напруги чи струму.
СПЕКТРИ СИГНАЛІВ
Види спектрів
Вигляд діапазону залежить від характеру сигналу.
Розрізняють дискретні (лінійчасті) та безперервні (суцільні) спектри.
Спектр будедискретним, якщо сигнал можна розглядати як кінцеву суму або ряд (нескінченну суму) гармонійних коливань. Він представляється на спектральній діаграмі набором окремих спектральних ліній (ліній, що відповідають амплітудам та фаз гармонік).
Дискретний спектр мають періодичні та квазіперіодичні (майже періодичні) сигнали.
Періодичними називаються сигнали, значення яких повторюються через певні рівні проміжки часу, які називаються періодом. Особливість спектрів періодичних сигналів у тому, що частоти гармонік у яких кратні основний частоті . Такі спектри називають гармонійними.
Різновидом неперіодичних сигналів є квазіперіодичні. Це сигнали, значення яких приблизно повторюються через певні проміжки часу, звані майже періодом.
Приклад:.
Малюнок 4.1 – Квазіперіодичний сигнал.
Особливість спектрів квазіперіодичних сигналів у тому, що частоти гармонік у яких перебувають у кратному відношенні. Такі спектри є гармонійними.
Рисунок 4.2 – Дискретний спектр.
Спектр будебезперервним, якщо сигнал можна розглядати як суму нескінченно великого числа нескінченно малих за амплітудою гармонійних коливань, частоти яких розташовуються нескінченно близько один до одного. По осі ординат амплітудної спектральної діаграми відкладається спектральна щільність амплітуд, фазової - спектральна щільність фаз.
Безперервним спектром мають неперіодичні сигнали (поодинокі імпульси, інформаційні сигнали), а також хаотичні коливання (шуми).
Спектральна щільність амплітуд – функція частоти, що несе інформацію про амплітуду елементарних гармонік. Вона характеризує інтенсивність суцільного розподілу амплітуд гармонік сигналу вздовж осі частот. Спектральна щільність амплітуд сигналу на будь-якій частоті?
.
Має розмірність В/Гц чи А/Гц.
Малюнок 4.3 – Амплітудна спектральна діаграма ОПІ.
Спектральна щільність фаз - функція частоти, що несе інформацію про фазу елементарних гармонік.
Малюнок 4.4 - Фазова спектральна діаграма ОПІ.
Розрізняють обмежені та необмежені спектри.
Обмеженимназивають спектр, що має кінцевий інтервал частот, в якому розташовані всі спектральні лінії періодичного або квазіперіодичного сигналу або на якому відмінна від нуля спектральна щільність неперіодичного сигналу. Якщо цей інтервал нескінченний, то спектр є необмеженим.