SU1051550A1 - Синтезатор передаточных характеристик N-каскадного четырехполюсника - Google Patents

Abstract

СИНТЕЗАТОР ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК N-КАСКАДНОГО ЧЕТЬ РЕХПО,ЛГОС НИКА, содержащий ген.ератор посто нных потенциалов, переключатели и блок индикации, отличающийс к тем, что, с целью повышени  быстродействи , в него введены (N-1) блоков умножителей, N-1 блоков сумматоров , коммутатор, умножитель, блок вычислени  тригонометрических функций и сумматор, выход которого соединен с входом блока индикации, выход генератора посто нных потенциалов подключен к входу коммутатора , первый и второй выходы которого подключены через переключатели к первому и второму входам первого блока умножителей соответственно, выход S-го (Е 1,2,...,N -2) блока умножителей подключен к первому входу( +1)-го блока умножителей, выход 6-го блока сумматоров ( 1,2,..., N-2| соединен с первыгл входом

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и вычислительной технике, предназначено дл  использовани  при проектировании и исследовании длинных линий, линий задержки, филь ров, согласующих цепей, многокаскадных усилителей.

Известно устройство, которое может быть использовано дл  прогнозировани  передаточных характерис .тик многозвенного четьфехполюсника, при известной матрице передачи отдельного звена, путем вычислени  результата возведени  матрицы передач отдельного звена в степень, показатель которой равен числу звеньев. В этом устройстве строки (столбцы) матриц представлены ортогональными сигналами с амплитудами, пропорциональными соответствующим элементам строки (столбца) матрицы передачи, а коммутаци  соответствующих сигналов осуществл етс  по правилу перемножени  матриц ij .

.К недостаткам устройства относитс  то, что оно не позвол ет выполн ть операции с комплексными матрицами , которыми характеризуютс  реальные четырехполюсники, и то, что невозможно моделировать каскадное соединение различных четырехполюсников .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  вычислени  произведений матриц, содержащее генератор сигналов, переключатели и измеритель , причем выходы генераторов по напр жению соединены последовательно , а выходы по току параллельно и включены между шиной нулевого потенциала и соответствуккцими контактами переключателей, выходы которых Подключены, соответственно, к обмотке напр жени  и тока измерител , на котором считываетс  результат, пропорциональный одному из элементов результируюа1ей матрицы Г2 .

Недостатком устройства при перемножении нескольких матриц (т.е. при прогнозировании передаточных характеристик многокаскадного четырехполюсника )  вл етс  низкое быстродействие процесса вычислени  (прогнозировани ) и св занное с ним неудобство эксплуатации, обусловленные необходимостью запоминани  результатов перемножени  очередных двух матриц, и необходимостью перенастройки гармоник дл  установки новых значений амплитуд, пропорциональных величинам, полученным в предыдущем цикле перемножени  и пропорциональных элементам следующей перемножаемой матрицы. Кроме того, невозможно выполн ть операции с комплексными матрицами (невозможность прогнозировать передаточные

характеристики каскадного соединени четырехполюсников, содержащих реактивности и описываемых комплексными матрицами передачи).

Цель изобретени  - повышение быстродействи .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в синтезатор передаточных характеристик N -каскадного четырехполюсника , содержавший генератор посто нных потенциалов, переключа тели и блок индикации, введены (N -1 блоков умножителей, (Н-1) блоков сумматоров, коммутатор, умножитель, блок вычислени  тригонометрических функций и сумз ;атор,- выход которого соединен с входоги блока индикации, выход генерач.ора посто нных потенциалов подк иочен к входу KOMNrvTaTOра , первый и второй выходы которого подключены через переключатели к первому и второму первого блока умножителей соответственно, выход -го (е 1,2,..., К -2) блока умножителей подключен к первому входу(и +1)-го блока умножителей, выход 2-го блока сумматоров(S 1,2,..., К-2| соединен с первым входом(+1) -го блока су1 1каторов, k-й(k 3,4,..,,N} и ( + l)-и выходы коммутатора соединены с вторыми входами (k -ll-го блока умножителей и блока сумматоров соответственно , 2 М-й и (2М-1)-й выходы коммутатора подключены через перек.пючатели к первому и второму входам первого блока сумматоров, выход (fi-ll -го блока умножителей соединен с первым входом умножител , выход которого подключен к входу сумматора , выход (N-l)-ro блока суг(ма.торов через блок вычислени  тригонометрических функций соединен с вторым входом умножител ,

Генератор посто нных потенциалов формирует сигналы, пропорциональные соответствующим элементам каждой матрицы передачиотдельного четырехполюсника , причем каждо - элементу соответствует два сигнала, амплитуд одного из которых пропорциональна модулю, а второго - фазе элемента, т.е. всего 2- 4- N сигналов. Коммутато обеспечивает, в соответствии с указанными вь ие свойствами повторени  элементов и групп элементов, формирование всех столбцов сомножителей в слагаемых, имеет 2М выходо на первой половине которых получаютс  столбцы, пропорциональные модул а а ка второй половине - столбцы пропорциональные фазам соответств ловдик сомножителей в слагаемых.

Сущность изобретени  основана на использовании вы вленных общих . свойств произведени  конечного числг матриц передачи четырехполюсников позволивших указать структуру любого элемента результирующей матрицы передачи каскадного соединени  четырехполюсников , котора  положена в основу построени  предлагаемого устройства. Эти свойства позвол ют указать следующее правило записи любого эл weHTat;- результирующей матрицы пе редачи, не осуществл   умножени  матриц. 1.,Слагае чз1е, определ ющие эле MBHTi : результирующей матрицы пе редачи, располагаютс  вертикально последовательно одно под другим та чтобы одкокменные сомножители в сл гаемых (т.е. элементы матриц пере дачи отдельных каскадов , где k 1,2; I 1,2; п 1,2,3,..,,N) составили вертикальные столбцы. 2.В первом слева стобце распол гаютс  элементы , .ajj , каждый и которых повтор етс  2 раз. 3.Во втором слева столбце рас полагаютс  элементы , , а,,, aji каждый из которых повтор етс  раз. 4.В каждом последующем ш-ом столбце, креме последнего, (fti 3,4,...,N -1) располагаютс  посл довательно элементы . al K-irn- о ki- (m-O , , каждый из которых повтор етс  , а затем вс  эта запись (группа) повтор етс  2™-2раз, 5.В последнем столбце располагаютс  элементы а,, , aj , а затем вс  эта группа из двух элементов повтор етс  2 раз. Запишем дл  примера, в соответствии с указанным правилом элемент {1, 1) результирующей матрицы пере дачи каскадного соединени  четырех полюсников дл  случа  N 5. Здесь (дл  нагл дности) проведены горизонтальные линии, определ ющие границы повтор емости по вертикали , сомножителей, обведены повтор ющиес  по вертикали группы элементов , кроме того, пунктирной линией обведена группа элементов,  вл юща с  обцей дл  всех элементов соответствующей результирующей матрицы передачи. При этом каждый комплексный элемент матрицы передачи отдельного четырехполюсника технически реализован в виде двух генерируемых сигналов , амплитуда одного из которых пропорциональна модулю, а амплитуда второго пропорциональна фазе элемента матрицы передачи. Вычислени  можно организовать следующим образом. Сначала перемножить модули сомножителей в каждом слагаемом, а их фазы сложить, затем преобразовать каждое полученное комплексное число из показательной формы в тригонометрическую , т.е. вычислить реальную и мнимую части, после чего отдельно просуммировать реальные и мнимые части всех полученных комплексных чисел. В результате получаетс  реальна  и мнима  части комплексного числа, представл ющего собой соответствующий элемент результирующей матрицы передачи N -каскадного четырехполюсника. Дл  осуществлени  вычислений необходимо сформировать N столбцов элементов, которЕле подвержены в каждом столбце указанным выше двум процессам повторени  элементов и групп элементов, а затем осуществить последовательное перемножение соответствующих элементов каждого сформированного столбца. Поскольку часть сомножителей (обведенна  пунктирной линией) одна и та же дл  всех элементов результирующей матрицы передачи, а мен ютс  только элементы в крайних столбцах, в зависимости от ((, -го номера элемента результирующей матрицы передачи, , то необходимо осуществить соответствующий выбор элементов при формировании этих двух столбцов. На чертеже показана структурна  схема предлагаемого устройства. ,Синтезатор передаточных характеристик -каскадного четырехполюсника содержит генератор 1 посто нных потенциалов коммутатор 2,(Г( -1) блоков умножителей 3,(N-l) блоков сумматоров 4, переключатели 5 и б, умножитель 7, блок 8 вычислени  тригонометрических функций f сумматор 9 и блок 10 индикации модул  и фазы. В качестве конкретного примера рассмотрим предлагаемое устройство дл  случа  синтезировани  передат ных характеристик четырехкаскадно четырехполюсника, в частности, эл мента (1, 1) результирующей матри передачи который в соответствии с вышеуказанным правилом может бы представлен в следующем виде: В данном случае необходимо сфо мировать четыре столбца сомножите лей, т.е. коммутатор должен иметь 2Н 8 выходов, на первых четырех из которых формнр Ютс  стобцы из модулей, а на вторых четырех - ст цы из фаз, Число блоков умножител и число блоков сумматоров равно . При увеличении числа каскадов четырехполюснике соответственно у личиваетс  число выходов коммутат ра и число блоков умножителей и с маторов. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 формирует сигналы(, пропорциональные модул м и фазам элементов а): (где i, j 1,2; k 1,2,3,4). Эти сигналы подают- .с  на коммутатор 2, который форм рует столбцы сигналов пропорциональные , соответственно, модул м фазам сомножителей в слагаемых: на первом выходе -4 I .,4 I I 11 (Ц I г ((« I I I 7lia,vl|a,1,iMa,l,a,i, на втором выходе a( .|a;jj, ia|,|,|a,|,|ajj,a/,|,5al,(,|a;,| , ,а„|,|аг,|, на третьем выходе 4 I 4i , |aj;t на четвертом выходе l4 l4M4ll4l|a,l,la;;|,,4|,ia,U на п том выходе Ча,, , C(),, (ja,2,,,,qa,, Сра на шестом выходе I, q.q|., Cfa, ,cpaj, ,,, cpori .Q-a,, a tja седьмом выходе - ... tpa;,Qa,.4at,,c4ai.j.q)a, ,fa ,ча , Ч «2ч1 0151,,,0а,,,сра5,(а , на., восьмом, выходе .tpaf. ,а|, .cpfl,,,, cfo,, ((а, (fa ,фО,,,,уа.;,,да,,/ра,(ро| Первый 5 переключатель устанав ваетс  в одно из двух положений, зависимости от j -го индекса (, i, j) -го номера (в данном случйв 1) синтезируемого элемента ма1рицы передачи, в соответствии с которьг- на один из входов первого блока у.сЕ Ожителей 3 подаютс  сигналы одного из сг/олбцов с первого выхода ком1 1утатора 2 (в данном случае la, i, la,,; , | ,| 5а„( , laj, , Ua, , , ja,,, так как 1) . Второй переключатель 6 устанавли-, ваетс  также в одно из двух положений , в зависимости от -го индекса (i,i) -го номера Е- д.ном случае .i 1 ) синтезируе;.;ого элемента матрицы передачи, в соответствии с которым на второй 1:3 зходов первого блока умно.жителой 3 подаютс  сигналы одного из столбцов с второго выхода коммутатора 2 в данном случае а„И , |а|г| г , la, ьМа, |, |э, |, ,,),, так как {{- 1) , а на второй из входов блока су1 4маторов 4 подаютс  сигналы одного из столбцов с предпоследнего выхода коммутатора 2 в данном случае , Va., ,, Lpa|, ,(«,, (jia|, , ЧС(( 12 S - 1) . Остальные выходы KONtwyTaTopa 2 подключенгзт к соответствующим блогсам Тлножителей 3 н сумматоро:ч 4, в ко торых осуществл етс  перемножение и сложение соответстЕующих смгне..г;ов. Нг1 выходе последнего : N -1) -го блока умножителей 3 формируетс  столбец сигналов, пропорциональных произведени м модулей соответствующих элементов , а на выходе последнего блока сумматора 4 - столбец сигналов, пропорциональных .суммам фаз соотвелствующих элементов. Сигналы с последнего блока сумматоров i подаютсгг иа блос 8, на выходе которых получаютс  сигналы,, пропорциональные cos и sin поданных на -его выход сигналов, которые подаютс  на умножитель 7, на выходе которого получаютс  ,п,ва столбца сигнг.лов (, аропорционзльные реальным и мнимым част м ка);:.дога слагаемого. В с;/миаторе 9 осущест-вл етс  сложение сигналов каждого столбца по отдельности, т.е. осуществл етс  отдельное суи ирование реальных и мнимых частей комплексных чисел, В результате на выходе сумматора 9 будут сформированы два сигнеша, амплитуда первого из которых представл ет реальную, а амплитуда второго - MHBJiSIO части CPiHтезируемого элемента матри-цы передачи -каскадного четырехпо -шс., Эти сигналы подаютс  на блок 10 индикации -модул  к фазы.. Введение дополнительных.блоков и св зей между ними позвол ет повысить быстродействие прол,есса синте7 , « 10515508

эировани  и обеспечить синтезиро- содержащего реактивности и списывание передаточных характеристик ваемого комплексной матрицей пемногокаскадного четырехполюсника, редачи,.

Claims (1)

1. СИНТЕЗАТОР ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК N-КАСКАДНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮС~ НИКА, содержащий ген.ератор постоянных потенциалов, переключатели и блок индикации, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены (N-1) блоков умножителей, ( N-1] блоков сумматоров, коммутатор, умножитель, блок вычисления тригонометрических функций и сумматор, выход которого соединен с входом блока индикации, выход генератора постоянных потенциалов подключен к входу коммутато- ра, первый и второй выходы которого подключены через переключатели к первому и второму входам первого блока умножителей соответственно, выход £-го (2 = 1,2,..., N -2) блока умножителей подключен к первому входу(Е +1)-го блока умножителей, выход С-го блока сумматоров (f = = 1,2,..., N-2) соединен с первым входом ( 6+1)-го блока сумматоров, К-й («= 3,4,..., N) и (2N - X +1)-й выходы коммутатора соединены с вторыми входами(к -1}-го блока умножителей и блока сумматоров соответственно, 2Ц-й и (2N -1) —й выходы коммутатора подключены через пере- _с ключатели к первому и второму входам © первого блока сумматоров, выход (Х~1) -го блока умножителей соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к входу сумматора, выход (N-l)-ro блока сумматоров через блок вычисления тригонометрических функций соединен с вторым входом умножителя.

   SU„„ 1051550 >