1-1 求周期方波（见图1-4）的傅里叶级数（复指数函数形式），划出|c n |–ω和φn –ω图，并与表1-1对比。

解答：在一个周期的表达式为
00 (0)2() (0)2
T A t x t T A t ⎧
--≤<⎪⎪=⎨
⎪≤<⎪⎩
积分区间取（-T/2，T/2）
0000000
220
2
00
2
111()d =
d +
d =(cos -1) (=0, 1, 2, 3, )
T T jn t
jn t
jn t T T n c x t e
t Ae
t Ae t
T T T A
j
n n n ωωωππ
-----=
-±±±⎰
⎰
⎰
所以复指数函数形式的傅里叶级数为
001
()(1cos )jn t
jn t n n n A
x t c e
j
n e n
∞
∞
=-∞
=-∞=
=--∑∑ωωππ，=0, 1, 2, 3, n ±±±。

(1cos ) (=0, 1, 2, 3, )0nI
nR A c n n n c ⎧
=--⎪±±±⎨
⎪=⎩ππ
21,3,,(1cos )00,2,4,6,
n A
n A c n n n n ⎧=±±±⎪
==-=⎨⎪=±±±
⎩
πππ
1,3,5,2arctan 1,3,5,
2
00,2,4,6,nI n nR π
n c π
φn c n ⎧-=+++⎪⎪⎪===---⎨⎪=±±±⎪⎪
⎩
没有偶次谐波。

其频谱图如下图所示。

图1-4 周期方波信号波形图
1-2 求正弦信号0()sin x t x ωt =的绝对均值x μ和均方根值rms x 。

解
答
：
000
2200000
224211()d sin d sin d cos T
T
T T
x x x x x μx t t x ωt t ωt t ωt T T T
T ωT ωπ
====-==⎰⎰⎰
2
222
00rms
000
111cos 2()d sin d d 22
T T T
x x ωt
x x t t x ωt t t T T T
-====⎰⎰⎰
1-3 求指数函数()(0,0)at
x t Ae a t -=>≥的频谱。

解答：
(2)220
2
2
(2)
()()(2)
2(2)a j f t
j f t
at j f t
e A A a j
f X f x t e
dt Ae e
dt A
a j f a j f a f -+∞
∞
---∞-∞
-====
=-+++⎰⎰πππππππ
2
2
()(2)
k X f a f π=
+
Im ()2()arctan
arctan Re ()X f f
f X f a
==-πϕ
1-5 求被截断的余弦函数0cos ωt (见图1-26)的傅里叶变换。

|c n | φn
π/2 -π/2 ω
ω
ω0
ω0 3ω0
5ω0
3ω0 5ω0
2A/π
2A/3π 2A/5π 幅频图
相频图
周期方波复指数函数形式频谱图
2A/5π 2A/3π 2A/π -ω0
-3ω0
-5ω0
-ω0 -3ω0
-5ω0 单边指数衰减信号频谱图
f
|X (f )|
A /a
φ(f )
f
π/2
-π/2
0cos ()0
ωt t T x t t T
⎧<⎪=⎨
≥⎪⎩
解：0()()cos(2)x t w t f t =π w (t )为矩形脉冲信号
()2sinc(2)W f T Tf =π
()
002201cos(2)2j f t j f t
f t e e
πππ-=
+ 所以002211()()()22
j f t
j f t x t w t e w t e -=+ππ
根据频移特性和叠加性得：
000011
()()()
22
sinc[2()]sinc[2()]
X f W f f W f f T T f f T T f f =-++=-++ππ 可见被截断余弦函数的频谱等于将矩形脉冲的频谱一分为二，各向左右移动f 0，同时谱线高度减小一半。

也说明，单一频率的简谐信号由于截断导致频谱变得无限宽。

1-6 求指数衰减信号0()sin at
x t e
ωt -=的频谱
解答：
指数衰减信号
x (t )
f X (f )
T
f 0 -f 0
被截断的余弦函数频谱
图1-26 被截断的余弦函数
t
t
T
-T
T -T
x (t )
w (t )
1
1
-1
()
0001sin()2j t j t
t e e j
-=
-ωωω 所以()
001()2j t j t
at
x t e
e e j
--=-ωω
单边指数衰减信号1()(0,0)at
x t e
a t -=>≥的频谱密度函数为
1122
1()()j t at j t a j X f x t e dt e e dt a j a ∞
∞
----∞
-===
=++⎰⎰ωωω
ωω
根据频移特性和叠加性得：
[]001010222200222
000222222220000()()11()()()22()()[()]2[()][()][()][()]
a j a j X X X j j a a a a j a a a a ⎡⎤
---+=--+=-⎢⎥
+-++⎣⎦
--=-+-+++-++ωωωωωωωωωωωωωωωωωω
ωωωωωωωω
1-7 设有一时间函数f (t )及其频谱如图1-27所示。

现乘以余弦型振荡00cos ()m ωt ωω>。

在这个关系中，函数f (t )叫做调制信号，余弦振荡0cos ωt 叫做载波。

试求调幅信号
0()cos f t ωt 的傅里叶变换，示意画出调幅信号及其频谱。

又问：若0m ωω<时将会出现什
么情况？
指数衰减信号的频谱图
解：0()()cos()x t f t t =ω
()[()]F f t =ωF
()
0001cos()2j t j t
t e e
-=
+ωωω 所以0011()()()22
j t j t
x t f t e f t e -=+ωω
根据频移特性和叠加性得：
0011
()()()22
X f F F =
-++ωωωω 可见调幅信号的频谱等于将调制信号的频谱一分为二，各向左右移动载频ω0，同时谱
线高度减小一半。

若0m ωω<将发生混叠。

f
X (f )
ω0
-ω0
矩形调幅信号频谱
图1-27 题1-7图
ω
F (ω)
f (t )
0 t
-ωm
ωm。