Continuous Time Fourier Transform

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Continuous Time Fourier TransformThe Fourier expansion coefficient   (  in OWN) of a periodic signal   is

and the Fourier expansion of the signal is: 

which can also be written as: 

where   is defined as 

When the period of   approaches infinity  , the periodic signal   becomes a non­

periodic signal   and the following will result:

Interval between two neighboring frequency components becomes zero: 

Discrete frequency becomes continuous frequency: 

Summation of the Fourier expansion in equation (a) becomes an integral: 

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the second equal sign is due to the general fact: 

Time integral over   in equation (b) becomes over the entire time axis: 

In summary, when the signal is non­periodic  , the Fourier expansion

becomes Fourier transform. The forward transform (analysis) is: 

and the inverse transform (synthesis) is: 

Note that   is denoted by   in OWN.

Comparing Fourier coefficient of a periodic signal   with with Fourier spectrum of a non­

periodic signal  : 

we see that the dimension of   is different from that of  : 

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If   represents the energy contained in the kth frequency component of a periodic signal 

, then   represents the energy density of a non­periodic signal   distributed along

the frequency axis. We can only speak of the energy contained in a particular frequency band: 

Note on notations:

The spectrum of a time signal can be denoted by   or   to emphasize the fact that the

spectrum represents how the energy contained in the signal is distributed as a function of frequency  or  . Moreover, if   is used, the factor   in front of the inverse transform is dropped

so that the transform pair takes a more symmetric form. On the other hand, as Fourier transform canbe considered as a special case of Laplace transform when the real part   of the complex argument

 is zero: 

it is also natural to denote the spectrum of   by   (in OWN).

Example 0:

Consider the unit impulse function: 

Example 1:

If the spectrum of a signal   is a delta function in frequency domain  , the

signal can be found to be: 

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i.e., 

Example 2: 

The spectrum is 

This is the sinc function with a parameter  , as shown in the figure.

Note that the height of the main peak is   and it gets taller and narrower as   gets larger. Also note 

When   approaches infinity,   for all  , and the spectrum becomes 

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Recall that the Fourier coefficient of   is 

which represents the energy contained in the signal at   (DC component at zero frequency), andthe spectrum   is the energy density or distribution which is infinity at zero

frequency.

The integral in the above transform is an important formula to be used frequently later: 

which can also be written as 

Switching   and   in the equation above, we also have 

representing a superposition of an infinite number of cosine functions of all frequencies, which canceleach other any where along the time axis except at   where they add up to infinity, an impulse.

Example 3:

The spectrum of the cosine function is 

 

   

The spectrum of the sine function 

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can be similarly obtained to be 

Again, these spectra represent the energy density distribution of the sinusoids, while thecorresponding Fourier coefficients 

and 

represent the energy contained at frequency  .

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