Синтезатор передаточных характеристик N-каскадного четырехполюсника Советский патент 1983 года по МПК G06G7/48 

Изобретение относится к радиотехнике и вычислительной технике, предназначено для использования при проектировании и исследовании длинных линий, линий задержки, филь ров, согласующих цепей, многокаскадных усилителей.

Известно устройство, которое может быть использовано для прогнозирования передаточных характерис.тик многозвенного четьфехполюсника, при известной матрице передачи отдельного звена, путем вычисления результата возведения 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 коммутация соответствующих сигналов осуществляется по правилу перемножения матриц ij .

.К недостаткам устройства относится то, что оно не позволяет выполнять операции с комплексными матрицами, которыми характеризуются реальные четырехполюсники, и то, что невозможно моделировать каскадное соединение различных четырехполюсников .

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для вычисления произведений матриц, содержащее генератор сигналов, переключатели и измеритель, причем выходы генераторов по напряжению соединены последовательно, а выходы по току параллельно и включены между шиной нулевого потенциала и соответствуккцими контактами переключателей, выходы которых Подключены, соответственно, к обмотке напряжения и тока измерителя, на котором считывается результат, пропорциональный одному из элементов результируюа1ей матрицы Г2 .

Недостатком устройства при перемножении нескольких матриц (т.е. при прогнозировании передаточных характеристик многокаскадного четырехполюсника) является низкое быстродействие процесса вычисления (прогнозирования) и связанное с ним неудобство эксплуатации, обусловленные необходимостью запоминания результатов перемножения очередных двух матриц, и необходимостью перенастройки гармоник для установки новых значений амплитуд, пропорциональных величинам, полученным в предыдущем цикле перемножения и пропорциональных элементам следующей перемножаемой матрицы. Кроме того, невозможно выполнять операции с комплексными матрицами (невозможность прогнозировать передаточные

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

Цель изобретения - повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в синтезатор передаточных характеристик N -каскадного четырехполюсника, содержавший генератор постоянных потенциалов, переключа тели и блок индикации, введены (N -1 блоков умножителей, (Н-1) блоков сумматоров, коммутатор, умножитель, блок вычисления тригонометрических функций и сумз ;атор,- выход которого соединен с входоги блока индикации, выход генерач.ора постоянных 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 умножителя, выход которого подключен к входу сумматора, выход (N-l)-ro блока суг(ма.торов через блок вычисления тригонометрических функций соединен с вторым входом умножителя,

Генератор постоянных 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 вьяие свойствами повторения элементов и групп элементов, формирование всех столбцов сомножителей в слагаемых, имеет 2М выходо на первой половине которых получаются столбцы, пропорциональные модул а а ка второй половине - столбцы пропорциональные фазам соответствяловдик сомножителей в слагаемых.

Сущность изобретения основана на использовании выявленных общих . свойств произведения конечного числг матриц передачи четырехполюсников позволивших указать структуру любого элемента результирующей матрицы передачи каскадного соединения четырехполюсников, которая положена в основу построения предлагаемого устройства. Эти свойства позволяют указать следующее правило записи любого эл weHTat;- результирующей матрицы пе редачи, не осуществляя умножения матриц. 1.,Слагае чз1е, определяющие эле MBHTi : результирующей матрицы пе редачи, располагаются 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 гаются элементы , .ajj , каждый и которых повторяется 2 раз. 3.Во втором слева столбце рас полагаются элементы , , а,,, aji каждый из которых повторяется раз. 4.В каждом последующем ш-ом столбце, креме последнего, (fti 3,4,...,N -1) располагаются посл довательно элементы . al K-irn- о ki- (m-O , , каждый из которых повторяется , а затем вся эта запись (группа) повторяется 2™-2раз, 5.В последнем столбце располагаются элементы а,, , aj , а затем вся эта группа из двух элементов повторяется 2 раз. Запишем для примера, в соответствии с указанным правилом элемент {1, 1) результирующей матрицы пере дачи каскадного соединения четырех полюсников для случая N 5. Здесь (для наглядности) проведены горизонтальные линии, определяющие границы повторяемости по вертикали, сомножителей, обведены повторяющиеся по вертикали группы элементов, кроме того, пунктирной линией обведена группа элементов, являющаяся обцей для 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. Вычисления 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 получается реальная и мнимая части комплексного числа, представляющего собой соответствующий элемент результирующей матрицы передачи N -каскадного четырехполюсника. Для осуществления вычислений необходимо сформировать N столбцов элементов, которЕле подвержены в каждом столбце указанным выше двум процессам повторения элементов и групп элементов, а затем осуществить последовательное перемножение соответствующих элементов каждого сформированного столбца. Поскольку часть сомножителей (обведенная пунктирной линией) одна и та же для всех элементов результирующей матрицы передачи, а меняются 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 структурная схема предлагаемого устройства. ,Синтезатор передаточных характеристик -каскадного четырехполюсника содержит генератор 1 постоянных потенциалов коммутатор 2,(Г( -1) блоков умножителей 3,(N-l) блоков сумматоров 4, переключатели 5 и б, умножитель 7, блок 8 вычисления тригонометрических функций f сумматор 9 и блок 10 индикации модуля и фазы. В качестве конкретного примера рассмотрим предлагаемое устройство для случая синтезирования 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 Ются 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 личивается число выходов коммутат ра и число блоков умножителей и с маторов. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 формирует сигналы(, пропорциональные модулям и фазам элементов а): (где i, j 1,2; k 1,2,3,4). Эти сигналы подают-.ся на коммутатор 2, который форм рует столбцы сигналов пропорциональные, соответственно, модулям 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 пятом 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 вается 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 подаются 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-, вается 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 подаются 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 подаются 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 осуществляется перемножение и сложение соответстЕующих смгне..г;ов. Нг1 выходе последнего : N -1) -го блока умножителей 3 формируется столбец сигналов, пропорциональных произведениям 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 получаются сигналы,, пропорциональные cos и sin поданных на -его выход сигналов, которые подаются на умножитель 7, на выходе которого получаются ,п,ва столбца сигнг.лов (, аропорционзльные реальным и мнимым частям ка);:.дога слагаемого. В с;/миаторе 9 осущест-вляется сложение сигналов каждого столбца по отдельности, т.е. осуществляется отдельное суи ирование реальных и мнимых частей комплексных чисел, В результате на выходе сумматора 9 будут сформированы два сигнеша, амплитуда первого из которых представляет реальную, а амплитуда второго - MHBJiSIO части CPiHтезируемого элемента матри-цы передачи -каскадного четырехпо -шс., Эти сигналы подаются на блок 10 индикации -модуля к фазы.. Введение дополнительных.блоков и связей между ними позволяет повысить быстродействие прол,есса синте7, « 10515508

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

СИНТЕЗАТОР ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК N-КАСКАДНОГО ЧЕТЬ РЕХПО,ЛГОС НИКА, содержащий ген.ератор постоянных потенциалов, переключатели и блок индикации, отличающийс к 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 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