Устройство для моделирования лампы бегущей волны Советский патент 1980 года по МПК G01R29/00 

(54) УСТРОЙСТВО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЛАМПЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

1

Изобретение относится к области, v электроники СВЧ и может быть использовано для моделирования лампы бегущей волны (ЛБЕ) и изучения физических процессов, происходящих в ней. 5

Известно устройство для моделирования систем дифференциальных уравнений,содержащее блок управления, делители и интеграторы 1 . Однако известное устройство не от- tO личается точностью моделирования.

Известно также устройство моделирования лампы бегущей волны, содержащее две группы, каждая из которых выполнена на трех последо- 15 вательно соединенных интеграторах функций ичетырех делителях коэффициентов , первый из которых подключен выходом ко входу первого интегратора, выходу коммутатора и перво- 26. му входу второго делителя коэффициентов, выход которого подключен ко входу второго интегратора функций и первому входу третьего делителя коэффициентов, выход которого 25 подключен ко входу третьего- интегратора функций, выход последнего соединен с соответствующим входом первого блока нелинейностей и выходом четвертогЪ делителя коэффи- 30

циентов, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора функций, первые интеграторы функций каждой группы своим выходом соединены с соответствующим входом второго блока нелинейностей, третий блок нелинейностей своим выходом подключен ко входу блока воспроизведения, а входом через умножитель - к выходу пятого делителя коэффициентов, шестЬй делитель коэффициентов, индикатор и блок запуска, своим выходом подключенный к первому входу счетчика, интервалов 2 .

Цель изобретения - повышение точности моделирования.

Для этого в устройство моделирования лампы бегущей волны, содержащее две группы,каждая из которых выпол, нена на трех последовательно соединенных интеграторах функций и четырех делителях коэффициентов,. первый из которых подключенвы ;одом ко входу первого интегратора, выходу ко 1мутатора и первому входу второго делителя коэффициентом, выход которого подключен ко входу второго интегратора функций и первому входу третьего делителя коэффициентов, выход Которого подключен ко входу третьего интегратора функций, выход последнего соединен с соответствующим входом первого блока нелинейностей и выходом четвертого делителя коэффициентов, первый вход которого соединен с выходом первого интегратора функций, первые интеграторы функций каждой группы своим выходом соединены с соответствующим входом второго блока нелинейностей, третий блок нелинейностей своим выходом подключен ко входу блока воспроизведения, а входом через умножитель -- к выходу пятого делителя коэффициентов, шестой делитель коэффициентов, индикатор и блок запуска, своим выходом подключенный к первому входу счетчика интервалов, дополнительно введены блок анализа отклонений, регистр, реверсивный счетчик,задатчик коэффициентов, бло памяти, сумматор, цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразователь и два многоканальных цифроаналоговы преобразователя, причем задатчик коэффициентов соединен своим первым выходом со вторым входом счетчика итервалов и входом блока запуска, входом - с выходом регистра, а вторым выходом подключен ко входу реверсивного счетчика, первый выход которого соединен с первьм входом блока анализа отклонений, второй выход - с первыми входами многоканальных цифроаналоговых преобразователей , выходы которых подключены к соответствующим вторым входам четырех делителей коэффициентов каждой группы и к первому входу пятого делителя коэффициентов, выход шестого делителя коэффициентов подключен ко второму входу одного многоканального цифроаналогового преобразователя, вход индикатора через цифроаналоговый преобразователь подключен к первому выходу сумматора, второй выход которого соединен со вторым входом блока анализа отклонений, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вхо которого подключен к выходу блока памяти, первый вход последнего соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а второй вход блок памяти подключен ко входу регистра и третьему выходу реверсивного счетчика.

На чертеже представлена функциональная блок-схема предложенного устройства.

Устройство содё эжит делйТеЯй Коэффициентов 1-6 соответственно сх, д, , д.8 , Ь, 1/2 Fj , последовательно соединенные интеграторы 7-9, на выходе которых моделируются функции F созб, F . sine, j -О-siny, cos.y, D sin, D-cos - , коммутаторы 10 линейного и нелинейного режимов, умножитель 11, блоки нелинейностей 12-14, блок воспроизведения 15, многоканальные цифроаналоговые преобразователи 16 -и 17, аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи 18 и 19, индикатор, например осциллограф 20, счетчик 5 интервалов 21, блок запуска 22, блок памяти 23, сумматор 24, регистр 25 переключателей, задатчик коэффициентов 26, реверсивный счетчик 27 и блок 28 анализа отклонений.

0 Последние четыре блока образуют блок программного управления. Блок 28 анализа отклонений содержит регистр максимального отклонения при текущем коэффициенте , . элемент сравнения максимального отклонения с текущим значением отклонения, схему переписи текущего отклонения в регистр максимального отклонения, регистр оптимального коэффициента, .

0 регистр максимального отклонения при оптимальном коэффициенте, элемент сравнения максимального отклонения при текущем коэффициенте с максимальным отклонением при оптимальном коэффициенте и регистр максимального отклонения при оптимальном коэффициенте.

Математическая модель лампы бегущей волны может быть представлена в виде дифференциальных уравнений

|-F- F -cos9-0|Wsme, )у-Э|-1 -Зт (1)

(tFjcoS9}-b F sinB -dCPj ) cosy(2)

5 J(tsrj-Sine)+b FJ-co8e dlF sine D-sin(y(3)

2(DcoSff)&9(D-coSir)+g Dcosii CF -sme 0 г(В Siniy)(D sin(j)+g D cose

(F COSe):bWsm9 d Fj cos(|;-s)(F sin9tUF -Cose dW-Sin9 t)-Sm() (4)

(S)

(6sinW)--LCQSW(ilcosw)D-sinW

(H cosw D-smW (6)

Bee блоки устройства соединены в соответствии со структурной схемой решений дифференциальных уравнений.

Для решения дифференциальных уравнений, т.е. нахожде.ния функции 1/2 И необходимо задать начальные услоВИЯ в виде значений коэффициентов d.6 g. , Ь, f/2 Fp . При включении блока запуска 22 на осциллографе 20 моделируется функция , изменяющаяся во времени, при этом значение временного интервала, определяется по счетчику интервалов 21.

Набор значений коэффициентов, . .. дискретность и диапазон их изменеНИИ задается при помощи задатчика эффициентов 26, регистра 25, ревер ного счетчика 27 и блока 28 анализ отклонений, образующих блок програ много управления, в виде двоичных кодов, поступающих на преобразоват ли 16 и 17, соединенные до всеми делителями коэффициентов 1-6. Посл каждого цикла решения уравнений с помощью преобразователя 18, блока . памяти 23 и блока программного уп равления проводится сравнение со значениями функции блоком программного управления задается следующий набор коэффициентов и пр водится повторный запуск устройств С помощью блока памяти 23,сумма ра 24,цифроаналогового преобразова ля и блока- программного управления осциллографе 20 наблюдаются одновр менно несколько циклов решения и изменение функции Р по двум к ординатам времени и по наборам коэффициентов и выявляется направление дальнейшего поиска оптимальног режима моделируемого прибора. Для этого производят корректировку программы поиска с помощью блока программного управления и блока памяти. На входи преобразователей 16 и пода;отся двоичные восьмиразрядные iкоды, соответствующие значениям ко эффициентов, и с их выходов на делители коэффициентов 1-6 поступает напряжение, соответствующее этим коэффициентам. Делители обеспечивают масштабир вание данных. Преобразователь 18 мо жет быть подключен к любому узлу мо дели для исследования необходимых характеристик,а в блоке памяти 23 осуществляется запись кода преобраз ванного аналогового сигнала. Для обратного преобразования сигнала Ваналоговую форму проводится считы вание кодовой информации из блока памяти 23 через сумматор 24 на преобразователь 19, с выхода которого аналоговый сигнал подается на вход осциллографа. Сумматор 24 обеспечивает передач кодовой информации с блока памяти 2 на преобразователь 19 и проводит операцию вычитания двух решений, считываемых с блока памяти, и транс формацию разности в преобразователь 19. Основными операциями, проводимыми блоком памяти, являются запись н считывание коэффициентов; запись и считывание функций решения уравнеНИИ; запись и считывание целевых решений; запись и считывание команд промежуточных операций. Блок программного управления син хронизирует работу счетчика 21 и блока запуска 22, обеспечивает .Urygil№M.n. боту сблоком памяти 23, сумматором 24, преобразователями 16-19, автоматизирует задание коэффициентов в каждом цикле решения, реализуя метод последовательных приближений. Целевое решение (функция) - это оптимальная функция, к которюй необходимо стремиться при варьиройании значений коэффициентов. Наилучшее решение получается, когда разность между значениями функций решения и целевой функцией становится минимальной. На выходе каждого интегратора 79,коммутаторов 10, умножителя 11 блоков нелинейностей 12-14 и блока воспроизведения 15 при помощи осциллографа 20 можно проследить изменение функций в процессе поиска оптимального решения. Таким образом, в предложенном устройстве повышается производительность расчетов и исследований физических процессов и значительно по- вышается точность моделирования. Формула изобретения Устройство моделирования лампы бегущей волны, содержащее две группы, каждая из которых выполнена на трех пЬслёдоватёльно соёдйненных интеграторах функций и четырех делителях коэффициентов, первый из котОрых подключён выходом ко входу первого интегратора, выходу коммутатора и первому входу второго делителя коэффициентов, выход которого подключен ко входу второго интегратора функций и первому входу третьего делителя коэффициентов, выход которого подключен ко входу третьего интегратора функций, выход последнего соединен с соответствующим входом первого блока нелинейностей и выходом четвертого делителя коэффициентов , первый вход которого соединен с выходом первого интегратора функций, первые интеграторы функций каждой группы своим выходом соединены с соответствующим входом второго блока нелинейностей, третий блок нелинейностей своим выходом подключен ко входу блока воспроизведения, а входом через умножитель - к выходу пятого делителя коэффициентов, шестой делитель коэффициентов, индикатор и блок запуска, своим выходом подключенный к первому входу счетчика интервалов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности моделирования, дополнительно введены блок анализа отклонений, регистр, реверсивный счетчик, задатчик коэффициентов, блок памяти, сумматор, цифроаналоговый и аналого-цифровой преобразоратели

и два многоканальных цифрраналоговых преобразователя, причем задатчик коэффициентов соединен своим первьи выходомСО вторым входом счетчика интервалов и входом блока запуска, входом - с выходом регистра,а вторым выходом подключен ко входу реверсивного счетчика, первый выход которого соединен с первым входом блока анализа отклонений, второй выход - с первыми входами многоканальных цифроаналоговых преобразователей, выходы которых, пъдключены .к соответствующим вторым входам четырех делителей коэффициентов каждой группы и к первому входу пятого делителя коэффициентов, выход шестого делителя коэффициентов подключен ко -второму входу одного многоканального цифроаналогового преобразователя, вход индикатора через

8

цифроаналоговый преобразователь подключен к первому выходу сумматора, второй выход которого соединен со вторым входом блока анализа отклонений, выход которого подключен к .первому входу сумматора, второй вход которого подключен к выходу блока памяти, первый вход последнего соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а второй вход блока памяти подключен ко входу регистра и третьему выходу реверсивного счетчика.

Источники информации-, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 481041, кл. G Об G 7/34, 1971,

2. Известия вузов СССР, радиотехника, т.ХУИ , 1974, 1, с.61-65 (прототип).I