谐波幅度和相位对信号合成的影响 - 信号与系统实验报告

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1、计算机与信息工程学院综合性实验报告专业：通信工程年级/班级：2011级第二学年第二学期课程名称信号与系统指导教师谢自梅本组成员学号姓名实验地点计算机学院504实验时间项目名称谐波幅度和相位对信号合成的影响实验类型综合性一、实验目的1.理解谐波幅度和相位对波形合成的作用；2.进一步加深理解时域周期信号的各频率分量在振幅频谱图上所占的比重；3.加深理解幅值和相位对波形合成的影响。二、实验仪器或设备1.双踪示波器1台2.信号与系统实验箱1台三、实验内容1.矩形脉冲信号的频谱一个幅度为E，脉冲宽度为τ，重复周期为T的矩形脉冲信号，如图1所示。图1周期性矩形脉冲信号其傅里叶

2、级数为：该信号第次谐波的振幅为：由上式可见第次谐波的振幅与、、有关，在矩形脉冲信号的、、决定后，各次谐波的幅度就决定了。2.方波信号的振幅频谱图的矩形脉冲信号就是方波信号，若基波（即1次谐波）的振幅归一化为1。根据上式可得到它的各次谐波的振幅（归一化值）：表1方波的振幅频谱表谐波振幅11203三分之一405五分之一607七分之一8次0……3.调节谐波分量奇次谐波分量4个跳线器分别为K801、K802、K803、K804，当跳线开关放在左边，选择直接输出；放在右边，选择幅度调整，通过调整可变电阻W801、W802、W803、W804来调整输出幅度。4.谐波幅度和相位

3、对信号合成的影响在对周期性的复杂信号进行级数展开时，各次谐波间的幅值和相位是有一定关系的，只有满足这一关系时各次谐波的合成才能恢复出原来的信号，否则就无法合成原始的波形。实验中的波形分解是通过数字滤波器来实现的。数字滤波器的实现有FIR(有限长滤波器)与IIR(无限长滤波器)两种。其中，由FIR实现的各次谐波的数字滤波器在阶数相同的情况下，能保证各次谐波的线性相位，由IIR实现的数字滤波器，输出为非线性相位。本实验系统中的数字滤波器是由FIR实现，在波形合成时不存在相位的影响，只要各次谐波的幅度调节正确即可合成原始的输入波形；但若把数字滤波器的实现改为IIR或仍然

4、是FIR，但某次谐波的数字滤波器阶数有别于其它数字滤波器阶数，则各次谐波相位间的线性关系就不能成立，这样即使各次谐波的幅度关系正确也无法合成原始的输入波形。实验中，各次谐波的数字滤波器仍由FIR实现的，但三次谐波的数字滤波器的阶数不同于其它滤波器，设计时使它相对于基波有270度相移，这样就可以看出相位对波形合成的影响。四、实验步骤1、调整输入信号幅度＝4V，频率，。2、4个跳线器K801、K802、K803、K804放在左边，选择直接输出。测量方波信号的各次谐波分量（测量点分别是TP801、TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807、T

5、P808）。是否满足表12-1。注意：由于TP808输出的是8次以上的高次谐波分量，因此，TP808输出不为零。用导线连接P801－P809、P802－P810、P803－P811、P804－P812、P805－P813、P806－P814、P807－P815、P808－P816，进行波形合成，在TP809观察合成的波形时否为方波信号。3、4个跳线器K801、K802、K803、K804，放在右边，选择幅度调整。用导线连接P801－P809、P802－P810、P803－P811、P804－P812、P805－P813、P806－P814、P807－P815、P8

6、08－P816，进行方波合成，在TP809观察合成的波形时否为方波信号。分别按表2、表3、表4，调整各谐波幅值，观察并记录合成后的波形。4、将实验箱重置，连接P702与P101。用示波器测TP101将方波信号调好，要求：方波频率f=4KHz，Vp-p=4V。5、按下选择键SW101，此时在数码管SMG101上将显示数字，连续按下按钮，直到显示数字“6”。按下复位键开关SW102，复位DSP，运行相位对信号合成影响程序。6、用示波器的一个通道测基波TP801，另一个通道分别测TP802、TP803、TP804、TP805、TP806、TP807和TP808各次谐波波

7、形并和基波进行相位比较。（见表5）7、分别将各次谐加入合成电路，观测各次谐波对合成信号的影响。（见图6）五、实验结果表2：各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形1二分之一203三分之一405五分之一607七分之一8次以上直接输出一次谐波的振幅由原来的‘1’变为了‘’，可以看出失真比较大，因此，一次谐波对波形合成影响很大。表3：各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形112　03三分之一405五分之一607七分之一8次以上直接输出由于各谐波分量均不作处理，所以合成波形仍为矩形脉冲。表4：各谐波振幅频谱表谐波振幅合成后的波形11203二分之一405五分之一607七分之一8次

8、以上直接输