TRANSFORMADA DE
FOURIER (FT)
Prof. Marcelo de Oliveira Rosa
Transformada de Fourier
Série de Fourier
Análise espectral
de sinais periódicos
Conteúdo espectral
Freqüências múltiplas de kω (ou
2πkf)
Como analisar conteúdo espectral
aperiódicos?
para sinais
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Análise desejada
Avaliação de sistema usando sinais aperiódicos
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Análise atual
Avaliação de sistema usando sinais periódicos
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Aproximação
Criar sinal
viável
periódico a partir de trecho a periódico
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Qual
o efeito da aproximação nas séries de Fourier?
t
x ( t ) rect T0 ( t )
w
t
x ( t ) rect (5T0 ) ( t )
w
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Análise de
pulso retangular (w=1)
1
k
X[k ] sinc
2
2
1
k
X[k ] sinc
10
10
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Análise de
pulso retangular (w=1) corrigida
1
k
T0 X[k ] 2 sinc
2
2
1
k
(5T0 )X[k ] (5 2) sinc
10
10
Transformada de Fourier
Série de Fourier “no limite”
Análise do pulso retangular
T0
f0
Maior resolução da SF
“Estica” a SF lateralmente + “Amassa” a SF
Manutenção da “área” da envoltória da SF
Análise do pulso retangular corrigida
T0
f0
Maior resolução da SF
Envoltória da SF inalterada
Note: abscissa passou de k para (kf0)
Transformada de Fourier
Definição
Pares de
transformadas para freqüência em radiano
X( j) FTx ( t ) x ( t )e jt dt
1
jt
x ( t ) FT X( j)
X
(
j
)
e
d
2
1
ou
x(t) X( j)
FT
Transformada de Fourier
Definição
Pares de
transformadas para freqüência em Hz
X( j2f ) FTx ( t ) x ( t )e
j2 ft
x ( t ) FT X( j2f ) X( j2f )e
1
ou
x(t ) X( j2f )
FT
dt
j2 ft
df
Transformada de Fourier
Definição
Ortogonalidade de e-jΩt
e
jt
d 2( t )
e jt dt 2()
no espaço e+jΩt X(jΩ)
Projeções de X(jΩ) no espaço e-jΩt x(t)
Projeções de x(t)
Transformada de Fourier
Análise de alguns resultados
Efeito de amplificação e deslocamento
pulso unitário
x(t) = rect(t) X(jΩ) = ?
Sinal
temporal
Transformada de Fourier
Análise de alguns resultados
Efeito de amplificação e deslocamento
Sinal
temporal
pulso unitário
Ω= 2π
F=1
Transformada de Fourier
Análise de alguns resultados
Efeito de amplificação e deslocamento
Sinal
pulso unitário
temporal
Transformada de Fourier
Transformada Generalizada
Situações de
falha de convergência da integração
Exemplos:
x(t) = A
x(t) = u(t)
x(t) = sen(2πf0t) ou x(t) = cos(2πf0t)
x(t) = sgn(t)
Uso de fator de convergência
e-σ|t|, σ zero
Transformada de Fourier
Transformada Generalizada
Uso de fator de convergência
e-σ|t|, σ zero
FT
x ( t ) 1
X( j) 2 ()
FT
x ( t ) cos( 0 t )
X( j) ( 0 ) ( 0 )
FT
x ( t ) sen( 0 t )
X( j) j ( 0 ) ( 0 )
2
x ( t ) sgn(t )
j
FT
1
x ( t ) u ( t ) ()
j
FT
Transformada de Fourier
Transformada Generalizada
Existe
freqüência negativa?
Explique cos(Ω0t) 0.5 {δ(Ω + Ω0) + δ(Ω - Ω0)}
Transformada de Fourier
Computação numérica
No
Matlab/Octave/Scilab
X(jkΩ)
= Ta fftshift(fft(x[n], NFFT))
onde x[n] = x(nTa)
x[n] é amostragem de x(t)
Ta = (1/fa) = período de amostragem de x[n]
Corresponde ao valor da FT
na freqüência kΩ
-NFFT/(2Ta) ≤ f k ≤ +NFFT/(2Ta)
Em coordenadas discretas: 1 ≤ k ≤ NFFT
Transformada de Fourier
Propriedades
Linearidade
FT
x ( t )
X ( j )
FT
y( t )
Y ( j )
z( t ) ax( t ) by ( t ) Z( j) aX( j) bY ( j)
FT
Transformada de Fourier
Propriedades
Deslocamento tempo
FT
x ( t )
X( j)
y( t ) x ( t t 0 ) Y( j) X( j) e
FT
Deslocamento em
jt 0
freqüência
x ( t ) X( j)
FT
FT
y( t ) x ( t ) e j0 t
Y( j) X( j( 0 ))
Transformada de Fourier
Propriedades
Deslocamento
no tempo
Alteração linear da fase de
todas as componentes
espectrais do sinal
Deslocamento em
Usada em
freqüência
modulação para sistemas de comunicação
Rádio AM
Transformada de Fourier
Propriedades
Escala no tempo
x ( t ) X( j)
FT
y( t ) x (at) Y( j) 1 a X( j a )
FT
Escala em
freqüência
FT
x ( t )
X ( j )
FT
y( t ) 1 a x(t a )
Y( j) X( j(a))
Transformada de Fourier
Propriedades
Escala
no tempo e em freqüência
Compressão em um domínio gera expansão
no outro
Transformada de Fourier
Propriedades
Escala
no tempo e em freqüência
Princípio de incerteza
Conceito de localidade de energia
Transformada de Fourier
Propriedades
Conjugado
FT
x ( t )
X( j)
y( t ) x ( t ) Y( j) X ( j)
Qual
FT
o efeito para x(t) ∈ R?
Transformada de Fourier
Propriedades
Conjugado
Exemplos
Transformada de Fourier
Propriedades
Modulação
FT
x ( t )
X ( j )
FT
y( t )
Y ( j )
FT
z( t ) x ( t ) y( t )
Z( j) Y( j) X( j)
Convolução
z(t) x(t) y(t) Z( j) Y( j) X( j)
FT
Transformada de Fourier
Propriedades
Modulação e
Convolução
Dualidade
Sistemas
Convolução no tempo resposta ao impulso
Modulação em freqüência resposta em freqüência
Transformada de Fourier
Propriedades
Diferenciação
FT
x ( t )
X( j)
dx ( t ) FT
y( t )
Y( j) j X( j)
dt
Integração
X ( j )
Y
(
j
)
X(0)()
t
j
FT
y( t ) x ()d
X( j2f ) 1
Y( j2f )
X(0)( j2f )
j2f
2
Transformada de Fourier
Propriedades
Integração
Como conseqüência da definição da
FT
X(0) x ( t )dt
x (0) X( j)d
1
X ( j2f )df
2
Transformada de Fourier
Propriedades
Dualidade
FT
x ( t )
X ( j )
FT
y( t ) X( jt )
Y( j) 2x ()
FT
y( t ) X( jt )
Y( j) 2x ()
Útil em cálculos
Transformada de Fourier
Propriedades
Dualidade
FT
rect(t)
sinc( 2)
FT
sinc(t)
rect( 2)
Transformada de Fourier
Propriedades
Sinais periódicos
Naturalmente não são absolutamente integráveis
São decompostos em séries de Fourier
x(t )
j( ka ) t
X
[
k
]
e
k
j( k 2 f a ) t
X
[
k
]
e
k
FS
x ( t )
X( j) 2 X[k ] δ( ka )
k
FS
x ( t )
X( j2f )
X[k] δ(f kf )
k
a
Transformada de Fourier
Propriedades
Teorema de
Parseval
x(t) X( j)
FT
x ( t ) dt X(f ) df
2
2
1
2
X( j) d
2
Lembre-se:
energia total de x(t) pode ser calculada em
qualquer domínio
Transformada de Fourier
Propriedades
Teorema de
Parseval
Densidade espectral de energia/potência
Densidade de energia/potência espectral
Power Spectral Density (PSD)
|X(f)|2 ou
|X(jΩ)|2