tehtävät
Transcription
tehtävät
TT/TV Integraalimuunnokset Metropolia/A. Koivumäki Tässä tiedostossa ovat kaikki tunnilla esille tulleet tehtävät. (Tosin ihan kaikkia tehtäviä ei välttämättä ole tunnilla menty läpi kovin tarkasti, jos ollenkaan.) Ensimmäisellä tunnilla olleet tarvittavan matematiikan perusasoihin liittyneet kertaustehtävät numeroitiin 1:stä lähtien ja sitten varsinaiset kurssiin liittyvät tehtävät numeroitiin taas 1:stä lähtien. Siksi tässä nuo alun johdantotehtävät on merkitty lisämääreellä "Aluksi". Aluksi.1. Integrointia ∫ xdx = ______________ b) ∫ x dx = ______________ c) ∫ x dx = ______________ d) ∫ (5 x − 7 x + 9 )dx = ________________________ e) ∫ sin( x) dx = ______________ f) ∫ cos( x) dx = ______________ g) ∫ e dx = ______________ h) ∫ e dx = ______________ i) ∫ [3 sin( 4 x) − 5 cos( x / 3) ]dx = ___________________________ a) 2 n 4 2 x 4x Aluksi.2. Kompleksimatematiikkaa a) Miten kompleksiluku a+jb lausutaan muodossa r⋅ejϕ ? b) Miten kompleksiluku r⋅ejϕ lausutaan muodossa a+jb? c) Esitä a- ja b-kohdan asia kuvana kompleksitasossa: Im b Re a d) Miten ejx lausutaan trigonometristen funktioiden avulla? e) Mitä on ejnπ , missä n on mikä tahansa kokonaisluku? f) Mikä on kompleksiluvun cos(x) + j⋅sin(x) itseisarvo? Aluksi.3. a) b) ∫ 4e 1 c) jx ∫ Ae −1 ∫e j 2πf ⋅t dt = ⋅ cos(5 x)dx = j 2π f t dt = Tästä alkavat "Tunnilla vastattavaksi tarkoitettuja tehtäviä" –tyyppiset tehtävät. 1. Piirrä näiden sinisignaalien kuvaajat: a) Taajuus 1 Hz, amplitudi 1, vaihekulma 0°. b) Taajuus 50 Hz, amplitudi 325 V, vaihekulma 180°. c) Samaan kuvaan: Taajuus 1 kHz, amplitudi 10, vaihekulma 90°. Taajuus 1 kHz, amplitudi 10, vaihekulma −90°. 2. Mikä on tämän kolmioaallon a) perustaajuus b) viides harmoninen taajuus? v(t) Vastaus: Koska T0 = 40 t/µs , on a) f0 = b) 3. Erään jaksollisen signaalin jaksonpituus on 100 ms. Signaalin n:nnen harmonisen taajuuskomponentin amplitudi on 1 ja n:nnen harmonisen taajuuskomponentin vaihekulma = 90°. Kirjoita signaalin yhtälö n Fourier-sarjana. Vastaus: v(t ) = ∑ (Täydennä ylläoleva.) , missä f0 = 4. Sakara-aallon v(t) A T -A t 2T yhtälö on sin(2π ⋅ 3 f 0 ⋅ t ) sin(2π ⋅ 5 f 0 ⋅ t ) sin(2π ⋅ 7 f 0 ⋅ t ) 4A ⋅ sin(2π ⋅ f 0 ⋅ t ) + + + + ... 3 5 7 π Koska sin( x) = cos( x − 90°) , tämä voidaan kirjoittaa kosinien summana: v(t ) = v(t)= Tästä nähdään suoraan, mikä on sakara-aallon Fourier-sarjassa ∞ v(t ) = ∑ An ⋅ cos( 2π ⋅ nf 0 ⋅ t + ϕ n ) n =0 n:nnen harmonisen taajuuskomponentin amplitudin An lauseke: An = ja n:nnen harmonisen taajuuskomponentin vaihekulman ϕn lauseke: ϕn = Joten sakara-aallon yhtälö voidaan kirjoittaa Fourier-sarja -muodossa: v(t ) = ∑ (Täydennä sigman ylä- ja alapuolelle ja perään.) 5. Tässä erään jaksollisen signaali amplitudi- ja vaihespektri: Amplitudi Vaihe/ast. 4 180 3 135 2 90 1 45 f/kHz 1 2 3 4 f/kHz 1 2 3 4 Signaalin spektristä nähdään nämä asiat: • Mitä taajuuksia signaaliin sisältyy? • Amplitudispektri → Mikä on kunkin signaaliin sisältyvän taajuuden amplitudi? • Vaihespektri → Mikä on kunkin signaaliin sisältyvän taajuuden vaihe? Kerää noiden kysymysten vastaukset tähän taulukkoon: Taajuus Amplitudi Vaihe Joten signaalin yhtälö voidaan kirjoittaa kosinien summana: v(t) = 6. Edelläoleva amplitudispektri on esitetty amplitudien absoluuttiarvoja käyttäen. Silloin pystyakselin lukuarvot ovat esim. voltteja. Käytännössä amplitudispektrin arvot esitetään usein desibeleinä, yleensä niin, että suurin esiintyvä dB-arvo on 0 dB, jolloin kaikki muuta arvot ovat negatiivisia dB-arvoja. Jos absoluuttiarvoin esitetyn amplitudispektrin suurin amplitudiarvo on Amax , niin silloin amplitudiarvon A A Amax desibeliarvo on 20 ⋅ log10 dB. Alla olevassa kuvassa on ylläoleva amplitudispektri desibeleinä. Laske taulukkoon spektriviivojen dB-arvot kahden desimaalin tarkkuudella. Taajuus Ampl. Ampl./dB (abs.) Amplitudi/dB 0 -5 -10 -15 f/kHZ -20 1 2 3 4 Miten laskit taulukon arvot? Kirjoita kaavoja tähän alle. 7. a) Piirrä sakara-aallon (jaksonpituus 2 µs) amplitudispektri desibeleinä. Ota mukaan spektriviivat −20 dB:n tasoon asti. Vastaus: Ensimmäinen laskettava asia: Koska jaksonpituus T0 = _______, on perustaajuus f0 = _________________ Seuraavaksi kannattaa täyttää tällainen taulukko: Monesko harmoninen Taajuus /MHz Amplitudi (kalvojen sivun 8 perusteella) Amplitudi desibeleinä suhteessa suurimpaan amplitudiarvoon * ** Ja edelleen äärettömään asti Kirjoita tähän, miten laskit *:llä ja **:llä merkittyjen kohtien lukuarvot: *: **: Pohja amplitudispektrin piirtämiselle. b) Millä taajuudella tämän sakara-aallon amplitudispektrin taso alittaa −40 dB? Vastaus: Sakara-aallon n:nnen harmonisen amplitudi on: An = __________________________ Kun tästä ratkaistaan, millä n:n arvolla tämän dB-arvo (verrattuna amplitudin maksimiarvoon, joka toteutuu n:n arvolla _______ ja on ______________ ), alittaa −40 dB, pitää ratkaista tämä yhtälö: Ratkaisu: Ensimmäinen n:n arvo, jolla An alittaa −40 dB on n = __________ , joka vastaa taajuutta ___________ MHz. 8. Kolmioaallon v(t) A T0 -A t yhtälö on 8A sin( 2π ⋅ 3 f 0 ⋅ t ) sin( 2π ⋅ 5 f 0 ⋅ t ) sin( 2π ⋅ 7 f 0 ⋅ t ) + − + ... ⋅ sin( 2π ⋅ f 0 ⋅ t ) − 2 2 2 2 3 5 7 π Koska sin( x) = cos( x − 90°) , tämä voidaan kirjoittaa kosinien summana: v(t ) = v(t)= Tästä nähdään, mikä on kolmioaallon Fourier-sarjassa ∞ v(t ) = ∑ An ⋅ cos( 2π ⋅ nf 0 ⋅ t + ϕ n ) n =0 n:nnen harmonisen taajuuskomponentin amplitudin An lauseke: An = ja n:nnen harmonisen taajuuskomponentin vaihekulman ϕn lauseke: ϕn = Joten kolmioaallon yhtälö voidaan kirjoittaa Fourier-sarja -muodossa: v(t ) = ∑ (Täydennä sigman ylä- ja alapuolelle ja perään.) 9. a) Piirrä kolmioaallon (jaksonpituus 2 µs) amplitudispektri desibeleinä. Ota mukaan spektriviivat −40 dB:n tasoon asti. Vastaus: Jaksonpituus on sama kuin tehtävän 7 sakara-aallolla, joten perustaajuuskin on sama: T0 = ___________, f0 = _________________ Täytetään samanlainen taulukko kuin tehtävässä 7 sakara-aallolle: Monesko harmoninen Taajuus /MHz Amplitudi (tehtävän 8 perusteella) Amplitudi desibeleinä suhteessa suurimpaan amplitudiarvoon * ** Ja edelleen äärettömään asti Kirjoita tähän, miten laskit *:llä ja **:llä merkittyjen kohtien lukuarvot: *: **: Piirrä kolmioaallon spektri samaan kuvaan aiemmin piirretyn sakara-aallon spektrin kanssa: 0 Ampl./dB -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 ... -40 -45 -50 0 1 2 3 4 5 f/MHz 6 b) Millä taajuudella tämän kolmioaallon amplitudispektrin taso alittaa −40 dB? Vastaushan on nähtävissä spektrin kuvasta ilman sen kummempia laskutoimituksia: ___________ MHz. (Sakara-aallollahan vastaavaksi taajuudeksi saatiin 50.5 MHz.) 10. Piirrä allaolevaan kuvaan siniaallon seuraksi saman jaksonpituuden ja amplitudin omaava sakara-aalto ja kolmioaalto. T0 Kumpi muistuttaa enemmän siniaaltoa? Miten tämä asia on nähtävissä tehtävässä 9 olevia spektrejä tutkimalla? 11. Puhelinverkko päästää läpi taajuudet 300 Hz ... 3400 Hz. Miltä näyttää taajuustasossa (= spektri) ja aikatasossa (= aaltomuoto) a) sakara-aalto, jonka jaksonpituus on 0.5 ms b) sakara-aalto, jonka jaksonpituus on 5 ms kun kyseinen sakara-aalto on välitetty puhelimitse paikasta toiseen? 12. Sovella tätä matematiikan peruskaavaa cos( x) = ( 1 jx − jx e +e 2 ) niin, että muutat sinisignaalin v(t ) = A cos(2πft + ϕ ) yhtälön kompleksiseen eksponenttimuotoon. Siis: v(t ) = A cos(2πft + ϕ ) = __________________________________________ Sievennä lauseke soveltaen tätä: e a +b = e a ⋅ eb . Siis: v(t ) = A cos(2πft + ϕ ) = __________________________________________ 13. Edellä saatiin kahden ajasta t riippuvan kompleksisen eksponenttilausekkeen summa. Piirrä alle kompleksitasoon, miten noiden kahden kompleksisen lausekkeen arvo käyttäytyy, kun aika t kasvaa: Vinkki: Piirrä kumpaakin lauseketta vastaava osoitin hetkellä t = 0, ja sitten mieti, mitä osoittimelle tapahtuu, kun t kasvaa. Im Im Re Re Selitystä: 14. Mitä tarkoittikaan sinisignaalin v(t ) = A cos(2πft + ϕ ) taajuus f ? Sitä että _________________________________________________________________________ Miten tulkitset taajuuden f tarkoittavan edellisessä tehtävässä piirtämissäsi kuvissa? Vasemmanpuoleisessa kuvasssa: ________________________________________________________ Oikeanpuoleisessa kuvasssa: ____________________________________________________________ 15. Edellä tehtävässä 12 todettiin, että A cos(2πft + ϕ ) = A jϕ j 2πft A − jϕ − j 2πft e e + e e 2 2 Ja sitten on aiemmin todettu (kalvot, s. 6), että jos signaali v(t) on jaksollinen, niin sen aaltomuodon yhtälö ajan funktiona voidaan lausua Fourier-sarjana: ∞ v(t ) = ∑ An cos(2π ⋅ nf 0 ⋅ t + ϕ n ) n =0 Siis jaksollinen signaali on nf0-taajuisten sinimuotoisten komponenttien summa. Kun nuo kaksi edelläolevaa yhdistetään, niin voidaan päätyä jaksollisen signaalin v(t) kompleksisen Fourier-sarjan yhtälöön: ∞ ∑c v (t ) = n = −∞ n ⋅ e j 2π ⋅nf 0 ⋅t Siis jaksollinen signaali on taajuudella nf0 pyörivien kompleksisten vektorien (osoittimien) summa. Aiemmin on kerrottu, että jos v(t) on sakara-aalto, niin sen Fourier-sarjassa ∞ v(t ) = ∑ An cos(2π ⋅ nf 0 ⋅ t + ϕ n ) amplitudit An ja vaiheet ϕn saadaan näin: n =0 4A An = nπ 0 ϕ n = −90° kun n on pariton kun n on parillinen Mistä tuo tiedetään? Ne on laskettu soveltamalla Fourier-analyysin matematiikkaa. Millaista se on? Emme nyt tutustu siihen, miten reaalisen Fourier-sarjan amplitudit ja vaiheet saadaan, vaan mennään suoraan kompleksiseen Fourier-sarjaan. Ilman sen kummempia johtamisia, tämä pätee: Jos signaali v(t) on jaksollinen, niin se voidaan lausua Fourier-sarjana v (t ) = ∞ ∑c n = −∞ sarjassa esiintyvä kompleksinen kerroin cn saadaan näin: Tässä merkintä ∫ cn = n ⋅ e j 2π ⋅nf 0 ⋅t ja 1 v(t )e − j 2π ⋅nf0 ⋅t dt ∫ T0 T0 tarkoittaa määrättyä integraalia T0:n pituisen ajanjakson yli. Integroinnin alaraja on T0 vapaasti valittavissa, mutta yläraja on alaraja+T0. Joissakin tapauksissa cn:n saa lasketuksi helpoiten integroimalla −T0/2:sta T0/2:een, toisissa tapauksissa integrointi 0:sta T0:aan johtaa helpommin sieventyvään cn:n lausekkeeseen. Tehtävä: Määritä sakara-aallon Fourier-sarjan kertoimen cn lauseke. (Tehdään tunnilla niin että opettaja antaa liitutaululla vinkkejä, miten edetään ja jokainen ainakin yrittää selviytyä tehtävästä, mielellään naapurien kanssa asiaa miettimällä.) 16. Miten edellä saadusta sakara-aallon cn:n lausekkeesta saadaan jo moneen kertaan esitetyt sakara-aallon An ja vaiheet ϕn :n lausekkeet? Vastaus: 17. Määritä kolmioaallon (kuvassa) kompleksisen Fourier-sarjakehitelmän v(t ) = ∞ ∑c e n = −∞ j 2πnf 0t n kertoimet cn . Kirjoita sitten lauseke amplitudispektrin määrittäville arvoille |cn| ja vaihespektrin määrittäville arvoilla arg(cn). v(t) A t T0 -A Kertoimen integraalilausekkeen laskemista varten tarvittavaksi jakson pituiseksi ajaksi kannattaa valita T0 T0 L . Tuolla välillähän kolmioaalto koostuu kolmesta suoranpätkästä, joiden yhtälöt pitää 2 2 T T selvittää. Sitten lasketaan F-sarjan kertoimet antava integraali välin − 0 ... 0 yli kolmessa osassa: 2 2 T T T T T T − 0 ... 0 , − 0 ... 0 ja 0 ... 0 . Osoittautuu, että integrointi on sen verran suuritöinen homma, että ei 2 4 4 4 4 2 aikaväli − sitä kannata kokonaan tehdä ainakaan liitutaululla. Tunnilla katsellaan, mihin yritys johtaa. 18. Määritä oheisen pulssijonon kompleksisen Fourier-sarjakehitelmän kertoimet cn .Pulssijonossa siis toistuu τ :n pituinen A:n korkuinen pulssi jaksonpituudella T0. v(t) A t -T0 τ T0 Nytkin integrointiväliksi kannattaa valita − T0 T0 ... . 2 2 19. Piirrä tehtävässä 18 määritellyn pulssijonon amplitudispektri, kun a) T0 = 4 ms, A = 1, τ = 1 ms b) T0 = 4 ms, A = 1, τ = 2 ms c) T0 = 4 ms, A = erittäin suuri (lähestyy ääretöntä), τ = d) T0 = 4 ms, A = 1, τ = 4 ms 1 s A 20. Jos signaalin aaltomuoto ei ole jaksollinen, voidaan ajatella, että sen jaksonpituus on (lähes) ääretön, jolloin sen perustaajuus on (lähes) nolla. Silloin sen harmoniset taajuuskomponentit ovat (lähes) äärettömän tiheässä. Näin päädytään siihen, että kun jaksollisen signaalin spektrissä esiintyy nollasta poikkeavia arvoja vain tietyillä (harmonisilla) taajuuksilla: niin ei-jaksollisen signaalin spektrissä voi esiintyä nollasta poikkeavia arvoja kaikilla taajuuksilla: Jos signaalin (jaksollisen tai ei-jaksollisen) aaltomuodon yhtälö on v(t), niin sen spektrin yhtälö saadaan Fourier-muunnoksella: ∞ V ( f ) = ∫ v (t )e − j 2πft dt −∞ Merkintätapa: aaltomuodon nimi pienellä kirjaimella (v, x, y, ...) → Fourier-muunnos isolla kirjaimella (V, X, Y, ...) Tehtävä: Määritä yksittäisen suorakulmaisen jännitepulssin v(t) A t −τ/2 spektri. τ/2 Ratkaisun askeleet: Miten pulssin yhtälö v(t) voidaan kirjoittaa? Täydennä: v(t ) = <t < kun muualla Siispä kun integroidaan −∞:stä +∞:ään, on integroitavan arvo melkein koko ajan nolla. Vain ihan origon eli hetken t = 0 ympäristössä integroidaan jotain nollasta poikkeavaa. Jää siis laskettavaksi määrätty integraali (täydennä alleviivatut kohdat): V( f ) = ⋅ e − j 2πft dt ∫ = ... 21. Suorakulmainen pulssi on yksi tietoliikenteen perussignaaleista. Nimittäin digitaalisessa siirrossa voidaan ajatella, että bitit kulkevat kaapelissa jännitepulsseina, esim. näin: Jännite Aika 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 (Tosin käytännön tiedonsiirrossa aika harvoin tilanne on ihan näin yksinkertainen.) Suorakulmaiselle pulssille onkin käytössä erityinen merkintätapa. Tehtävän 20 kuvassa oleva A:n korkuinen ja τ:n kestoinen pulssi voidaan kirjoittaa yhtälönä näin: t v(t ) = AΠ τ Pulssin symbolina käytetty merkki on iso pii-kirjain. t τ t −T kuvaaja, kun 2τ Tehtävä: Piirrä kolmesta pulssista koostuvan signaalin v(t ) = AΠ + BΠ a) A = B = 2, τ = 1 ms, T = 3 ms b) A = 2, B = −1, τ = 2 ms, T = −4 ms 22. Edellisessä tehtävässä tuli esille käsite viive. Jos signaalia viivästetään, sen aaltomuoto siirtyy muotonsa säilyttäen aika-akselilla viiveen verran joko oikealle (positiivinen viive) tai vasemmalle (negatiivinen viive). Koska tämä on matematiikan kurssi, otetaan edes yksi todistamistehtävä: Osoita, että jos signaalin v(t) Fourier-muunnos on V(f), niin viivästetyn signaalin v(t−T) Fourier-muunnos on 23. Kirjoita tehtävän 21 a-kohdan signaalin Fourier-muunnoksen yhtälö. V(f) = V ( f )e − j 2πfT . 24. Varsin helppoa on osoittaa oikeaksi tämä superpositioteoreema: A1 ⋅ v1 (t ) + A2 ⋅ v2 (t ) ↔ A1 ⋅V1 ( f ) + A2 ⋅V2 ( f ) Tuossa näkyy yksi käytössä oleva merkintätapa eli kaksipäinen nuoli. Jos V(f) on signaalin v(t) Fouriermuunnos, niin merkitään v(t ) ↔ V ( f ) . v(t) τ Tehtävä: Määritä oheisen kuvan signaalin Fourier-muunnos. Ratkaisun askeleet: • Kirjoita signaalin yhtälö kahden viivästetyn suorakulmaisen pulssin summana. • Superpositioteoreeman mukaan signaalin F-muunnos on -T noiden pulssien F-muunnosten summa. Kirjoita tuo summa ottaen viiveet huomioon tehtävässä 22 osoitetulla tavalla. • Sievennä lauseke. Käytä hyväksi tätä tuttua kaavaa: cos( x) = 12 e jx + e − jx ( τ A t T ) 25. Sama tehtävä kuin 24, mutta signaali on eri: v(t) τ A t T -T -A τ Tässä voit sieventämisessä käyttää hyväksi tätä toista tuttua kaavaa: sin( x) = 1 2j (e jx − e − jx ) Huom! Tunnilla 8.2. jaetussa tehtävien paperiversiossa tuo ylläoleva sinikaava oli väärin (leikepöytäkirous iski), siinä oli sulkujen sisällä plus-merkki. Korjaa paperiin, jos se vielä on tallella. 26. Signaalinkäsittelyssä (sekä laitteisto- että ohjelmistoperusteisessa, sekä digitaalisessa että analogisessa) derivointi ja integrointi ovat varsin hyödyllisiä signaaliin kohdistettavia toimenpiteitä. Ilman johtamista näiden merkitys Fourier-analyysissä: Jos v(t ) ↔ V ( f ) niin dv(t ) ↔ j 2πf ⋅ V ( f ) dt t V( f ) ∫ v(λ )dλ ↔ j 2πf Siis: Signaalin derivointi aiheuttaa sen, että signaalin spektri tulee kerrotuksi j2πf:llä ja signaalin integrointi aiheuttaa sen, että signaalin spektri tulee jaetuksi j2πf:llä. t Merkinnän ∫ v(λ )dλ selitystä: Signaalin v(t) integrointi on aloitettu joskus menneisyydessä, esim. silloin kun on kytketty päälle se laite, jossa v(t) esiintyy. Siksi määrätyn integraalin alarajaa ei ole merkitty. Integroinnin yläraja on nykyhetki t, joka tietenkin koko ajan kasvaa, koska niin aika tekee. Muuttuja λ on t apumuuttuja, jota käytetään siksi, että merkintä ∫ v(t )dt saattaisi hämätä. Kuluva aika t on nimenomaan integroinnin ylärajana, joten aaltomuodon v lausekkeessa on syytä käyttää jotain muuta muuttujaa. Jostain syystä λ:aa käytetään usein tällaisessa yhteydessä. v(t) A Tehtävä: Määritä oheisen kolmiopulssin Fourier-muunnos. Tehtävän voisi tehdä soveltamalla Fourier-muunnoksen määritelmää ∞ t −τ V ( f ) = ∫ v (t )e − j 2πft dt , mutta tuloksena olisi aika työläästi τ −∞ sieventyvä lauseke. Helpommalla pääsee käyttämällä hyväksi tähän mennessä opittuja asioita. Ratkaisun askeleet: • Derivoi kolmiopulssi, piirrä derivaatan kuvaaja tähän: x(t)=dv(t)/dt t • • • Totea, että derivaatta on käytännössä sama kuin tehtävän 25 signaali. Nyt vaan tehtävässä 25 olevien parametrien A, T ja τ tilalla on jotain muuta. (Paitsi että τ tarkoittaa kyllä nyt derivaatan kuvaajassa samaa asiaa kuin tehtävässä 25.) Voit siis kirjoittaa suoraan kolmiopulssin derivaatan x(t) F-muunnoksen yhtälön, koska tehtävän 25 vastaus on käytettävissä. Sitten voit soveltaa tehtävässä 26 kerrottua derivaattalauseketta ja näin saada V(f):lle lausekkeen. Vaatii hieman sieventämistä. Sinc-funktio tulee vastaan, sehän määritellään: sinc( x) = sin(πx) . πx 27. Signaalin v(t) spektri V(f) on ohessa. Signaalia integroidaan. Piirrä integraalisignaalin amplitudispektri suhteellisina arvoina (mikä tarkoittaa, että spektrin maksimiarvo = 1). V(f) 1 f /MHz -4 -2 2 4 28. Mikä on signaalin v(t ) = A cos(2π f t ) Fourier-muunnos? Mikä on signaalin v(t ) = A cos(2π f t ) derivaattasignaali x(t ) = dv(t ) ? dt Mikä on derivaattasignaalin x(t) Fourier-muunnos? Onko tulos sopusoinnussa aiemmin esilläolleen derivointisäännön dv(t ) ↔ j 2πf ⋅ V ( f ) kanssa? dt 29. Erillisessä tekstissä (http://users.metropolia.fi/~koiva/S2014/TV13K-Integr/070.modulaatio.pdf) on käsitelty tärkeää tietoliikennetekniikan signaalinkäsittelytoimenpidettä eli modulaatiota. Tämä tehtävä liittyy siihen: Mikä on oheisen signaalin Fourier-muunnos? Vaaka-akselilla on aika mikrosekunteina. [Tutka saattaa lähettää suunnilleen tällaisia signaaleja. Tätä kutsutaan esim. tutkapulssiksi, myös termi "purske" saattaa esiintyä tässä yhteydessä.] 30. Suorakulmaisen pulssin leveys (kesto) = τ ja sen amplitudi (korkeus) A = 1/τ. (Ei kannata vaivata päätään yksiköillä, nehän tuossa menee ihan pipariksi.) a) Miten pulssin yhtälö kirjoitetaan? (Siis käyttäen suorakulmaisen pulssin symboliksi sovittua isoa piikirjainta.) b) Mikä on pulssin Fourier-muunnos? Piirrä F-muunnoksen kuvaaja. c) Kun pulssi lyhenee (jolloin se samalla kasvaa korkeutta), niin miten sen F-muunnoksen yhtälö muuttuu? d) Entä miten pulssin F-muunnoksen kuvaaja muuttuu, kun pulssi lyhenee? e) Miltä pulssi näyttää, kun se on aivan älyttömän lyhyt, eli kesto = melkein nolla? f) Miltä näyttää pulssin spektri, kun pulssin kesto = melkein nolla. Kaksi viimeistä kohtaa parempaa matemaattista kieltä käyttäen: Miten pulssi ja sen spektri muuttuvat, kun pulssin kesto lähestyy arvoa τ = 0? Edellisessä tehtävässä päädyttiin impulssiin. Teoriassa impulssi on äärettömän luhyt äärettömän korkea pulssi, jonka pinta-ala (leveys kertaa korkeus) = 1. Käytännössä impulssiksi kutsutaan erittäin lyhyttä pulssia (jonka muoto voi olla muutakin kuin suorakulmainen). Impulssia käsitellään teoriatekstissä (http://users.metropolia.fi/~koiva/S2014/TV13K-Integr/060_Fourieranalyysi.tietoliikenneorientoituneesti.pdf#page=31). Pari impulsseihin liittyvää tehtävää. 31. Piirrä signaalin v(t ) = 2δ (t − 1 s) − 3δ (t − 3 s) kuvaaja. 32. Johda suorakulmaisen pulssin Fourier-muunnos derivoimalla pulssi. 33. Johda kolmiopulssin Fourier-muunnos derivoimalla pulssi kahteen kertaan. 34. Laske tehtävä 24 derivoinnin kautta.