PSK1-2

Název školy: Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3
Autor: Ing. Marek Nožka
Anotace: Význam vysokých a nízkých harmonických složek
Vzdělávací oblast: Principy přenosu informací
Předmět: Počítačové sítě a komunikační technika (PSK)
Tematická oblast: Harmonická analýza
Výsledky vzdělávání: Žák odhaduje jaký vliv má na signál potlačení/ponechání vysokých/nízkých harmonických složek
Klíčová slova: harmonická analýza, časová oblast, frekvenční oblast, harmonické složky
Druh učebního materiálu: Online vzdělávací materiál; Program v jazyce Python
Typ vzdělávání: Střední vzdělávání, 3. ročník, technické lyceum
Ověřeno: VOŠ a SPŠE Olomouc; Třída: 3L
Zdroj: Vlastní poznámky

Význam vysokých a nízkých harmonických složek

Obdélníkový časový průběh

Na obrázku je spektrum obdélníkového časového průběhu s DCL=25%. Každá spektrální čára představuje amplitudu jedné harmonické složky o dané frekvenci. (Na obrázku je patrná jedna zajímavost: každá 4. harmonická složka je nulová.)

Amplitudové spektrum obdélníkového napětí

Všimněte si, že amplituda směrem k vyšším harmonickým složkám klesá.

Pokud sečteme všechny harmonické složky dostaneme "ideálně hranatý" obdélníkový časový průběh. Ten si můžete prohlédnou na následujícím obrázku. Ve skutečnosti nemůžeme harmonické složky sečíst všechny, protože je jich nekonečně mnoho. Proto se v našem obrázku omezíme na součet prvních 1000 harmonických složek. V amplitudovém spektru je jich pro větší přehlednost zakreslenou pouze 200.

Obdélníkový časový průběh

Nižší harmonické složky -- základní tvar

Nižší harmonické složky určují základní tvar. Pokud zachováme (přeneseme) nižší harmonické složky a odstraníme vyšší harmonické složky přesto, že tvar nebude přesný, bude rozeznatelný.

Čím méně harmonických složek zahrneme tím bude tvar méně přesný, ale jeho základní rysy zůstanou zachovány.

Všimněte si také strmosti hran. Čím více vyšších harmonických složek je zachováno, tím jsou hrany strmější.

Prvních 30 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- 30 harmonických složek
Prvních 20 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- 20 harmonických složek
Prvních 10 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- 10 harmonických složek
Prvních 5 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- 5 harmonických složek

Vyšší harmonické složky -- rychlé změny

Vyšší harmonické složky představují rychlé změny. Na předchozích obrázcích je patrné, že čím více vyšších harmonických složek je zachováno, tím jsou hrany strmější.

Pokud odfiltrujeme nižší harmonické složky a ponecháme pouze vyšší harmonické složky původní tvar už nebude možné rozeznat, ale zůstanou nám právě rychlé změny -- v místě původní strmé hrany se objeví zákmit.

Všimněte si prosím, že zákmity jsou právě v místech původních hran.

Odstraníme prvních 10 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- jen vyšší harmonické složky
Odstraníme prvních 30 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- jen vyšší harmonické složky
Odstraníme prvních 50 harmonických složek:
Obdélníkový časový průběh -- jen vyšší harmonické složky

Python kód, který vytvořil obrázky:
Harmonicka_analyza--nizke_a_vysoke_harmonicke_slozky