Курс лекций «Основы цифровой обработки сигналов»

У Вас при дискретизации с частотой 2(f2-f1) и будут наложения, вплоть до полного обнуления. И вот пример.
Возьмем функцию S(t)=sin(2pif1t)/(2pif1t), f1=1 кГц. Функция четная, её спектр действителен и имеет форму прямоугольника на интервале частот от минус f1 до f1, высота прямоугольника равна 1/(2f1). Центральная частота прямоугольника = 0. Нули функции расположены в моменты времени kdt1=k/(2f1), k целое, не равное 0.
Теперь пусть функция F(t)=S(t)*sin(2pi(f2-f1)t)=sin(2pif1t)/(2pif1t)*sin(2pi(f2-f1)t), f2=3 кГц. F(t) — нечетная, её спектр чисто мнимый и состоит из двух прямоугольников (по форме как у функции S(t)) — один прямоугольник (прямой спектр)
c центральной частотой (f2-f1), второй прямоугольник (инверсный спектр) с центральной частотой минус (f2-f1) и с противоположным знаком по отношению к первому. Нули F(t) расположены в моменты времени kdt1=k/(2f1) и ndt2=n/(2(f2-f1)), k,n — целые. Заметим, что моменты времени kdt1=k/(2f1) вложены в моменты ndt2=n/(2(f2-f1)), то есть (совсем не важно для примера, но для порядку) нули функции F(t)=sin(2pif1t)/(2pif1t)*sin(2pi(f2-f1)t) для наших значений f1 и f2 расположены в моменты времени ndt2=n/(2(f2-f1)), n — целое.
Что имеем при дискретизации F(t) с частотой Fs=2(f2-f1) в моменты времени ndt2=n/(2(f2-f1)):
— в частотной области — полное наложение прямого и инверсного спектров на интервале частот от f1 до f2 (а прямой и инверсный спектры одинаковы по форме — прямоугольники — и с противоположными знаками) с результатом наложения в виде тождественного нуля на всем диапазоне частот от 0 до Fs;
— во временной области — те же самые нули (в нули функции F(t) мы попали).
Весьма предсказуемый результат в данном примере от дискретизации с частотой 2(f2-f1).
Посмотрим внимательно на F(t)=sin(2pif1t)/(2pif1t)*sin(2pi(f2-f1)t). Разложение на квадратуры очевидно: F1(t)=0, F2(t)=sin(2pif1t)/(2pif1t). Функцию F2(t) без потерь можно дискретизировать с частотой Fs=2(f2-f1) в моменты времени
ndt2=n/(2(f2-f1), результатом будут все нули, кроме одной единицы при t=0. Можно ли восстановить после такой дискретизации F2(t) без потерь? Можно.
Можно ли восстановить после такой дискретизации F(t) без потерь? Тоже можно.
Об этом и говорит Котоельников в теореме V. Для доказательства он четыре (!) раза производит дискретизацию:
— первый раз исходную F(t) с частотой f1+f2 в моменты времени k/(f1+f2) для получения отсчетов F1(t);
— второй раз исходную F(t) с частотой f1+f2, но в моменты времени (k+0.5)/(f1+f2) для получения отсчетов F2(t);
— третий раз функцию F1(t) с частотой f2-f1 в моменты времени k/(f2-f1) для получения отсчетов F1(t), эта дискретизация отличается по частоте от первой (!);
— четвертый раз функцию F2(t) с частотой f2-f1 в моменты времени k/(f2-f1) для получения отсчетов F2(t), эта дискретизация отличается по частоте от второй (!).
Полученные в третьей и четвертой дискретизациях отсчеты он передает как «числа» (термин из теоремы V), но поскольку одному моменту дискретизации соответствуют два «числа» (от третьей и четвертой дискретизаций), то частоту следования этих
чисел он определяет как 2(f2-f1), то есть в 2 раза больше, чем при третьей и четвертой дискретизациях.
Восстановление по этим «числам» очевидно — сначала через ряд (1) восстанавливаются F1(t) и F2(t), затем вычисляется F(t) по формуле (13).
Убедил?:)
По поводу умножения на гребёнку Дирака — это отдельная и на мой взгляд весьма любопытная тема. Если хотите, можно её обсудить, но не в рамках этой ветки. Можно и по электронной почте. Для затравки — спектры при дискретизации не «размножаются» и периодически не повторяются.
Прошу прощения за «много букв».

Немного добавлю, для нашего примера (f1=1 кГц, f2=3 кГц) величины f2-f1 и (f1+f2)/2 равны. Так, по-моему, будет понятней.