Синтезатор передаточных характеристик n-каскадного четырехполюсника
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
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (111
3(5П (06 Q 7/48
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ )(Й АВТСРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3474442/18-24 (22) 16.07.82 (46) 30.10.83, Бюл. М 40 (72) A.A.Ïåðåïåëèöà и A.Ã.Oíèöóê (53) 681.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
Р 590769, кл. Q 06 G 7/48, 1978.
2. Авторское свидетельство СССР
9 395851, кл. G 06 G 7/16, 1974 (прототип). (54)(57) СИНТЕЗАТОР ПЕРЕДАТОЧНЫХ XAPAKTEPHCTt!K N-КАСКАДНОГО ЧЕТЫРЕХПОЛЮС
НИКА, содержащий генератор постоявных потенциалов, переключатели и блок индикации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены (М -1) блоков умножителей,(N -1) блоков сумматоров, коммутатор, умножитель, блок вычисления тригонометрических функции 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 (, -го (1 = 1,2,...,)(-2) блока умножителей подключен к первому входу(8 +1) -го блока умножителей, выход 0 --го блока сумматоров (=
1,2,..., М -2) соединен с первым входом (8 +1) -ro блока сумматоров, 1(й (К= 34,..., Й) и (2К -k+1)-й выходы коммутатора соединены с вторыми входами(К -1)-го блока умножителей и блока сумматоров соответственно, 2)(-й и (2N -1) -й выходы коммутатора подключены через переключатели к первому и второму входам Е первого блока сумматоров, выход (1(-1) -го блока умножителей соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к входу сум- % матора, выход (N -1) -го блока сумматоров через блок вычисления тригонометрических функций соединен с вторым входом умножителя.
105" 550
Изобретение относится к радиотехнике и вычислительной технике, предназначено для использования при проектировании и исследовании длинных линий, линий задержки, фильтров, согласующих цепей, многокаскадных усилителей.
Известно устройство, которое может быть использовано для прогнозирования передаточных характерис.тик многоэвенного четырехполюсника, 1О при известной матрице передачи отдельного звена, путем вычисления результата возведения матрицы передачи 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 (1) . ,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.
ЗО
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для вычисления произведений матриц, содержащее генератор сигналов, переключатели и измери- 35 тель, причем выходы генераторов по напряжению соединены последовательно, а выходы по току параллельно и включены между шиной нулевого потенциала и соответствующими контак- 4О тами переключателей, выходы которых подключены, соответственно, к обмотке напряжения и тока измерителя, на котором считывается результат, пропорциональный одному из элементов результирующей 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 про-. ЬО порциональных элементам следующей перемножаемой матрицы, Кроме того, невозможно Выполнять операции с комплексными матрицами {невозможность прогнозировать передаточные характеристики каскадного =оединения четырехполюсников, содержащих реак-" тивности и описываемых комплексными матрицами передачи), Цель изобретения — повышение быстродействия.
Поставленная цель достигается тем, что в синтезатор передаточных характеристик И -каскадного четырехполюсника, содержащий генератор постоянных потенциалов, переключатели и блок индикации, введены (М -11 блоков умножителей, (И -1) блоков сумматоров, коммутатор, умножитель, блок вычисления тригонометрических функций и сумматор,. выход которого соединен с входом блока индикации, ВЫХОД ГЕНЕРа".ОРа ПОСТОЯННЫХ ПотЕНциалов подключен к входу коммутатора, первый и второй выходы которого подключены через переключатели к первому и второму ВХддам первого блока умножителей соответственно, выход 3 -го(= 1,2,..., М -2) блока умножителей подключен к первому входу(0 +1) -ro блока умножителей, выход 3 --го блока сумматоров(8
1,2,..., g-2) соединен с первьм входом (5 +1) -r o блок а сумматоров, k-й(1 = 3,4,..., М I и (2 Й-М+1) -й выходы коммутатора соединены с вторыми входами(к †11 -го блока умножителей и блока сумматоров соответственно, 2 8-й и (21 -1)-й выходы коммутатора подключены через переключатели к первому и второму входам .первого блока сумматоров, выход (f-1) -ro блока умножителей соединен с первым входом умножителя, выход которого подключен к входу сумматора, выход (N -1) -го блока сумматоров через блок вычисления тригонометрических функций соединен с вторым входом умножителя.
Генератор постоянных потенциалов формирует сигналы, пропорциональные соответствующим элементам каждой матрицы передачи отдельного четырехполюсника, причем каждому элементу соответствует два сигнала, ; †:мплитуда одного из кОторых пропорциональна модулю, а второго — фазе элемента, т.е. Всего 2 4 Й сигналов. Коммутатор обеспечивает, в соответствии с указанными выше свойствами повторения элементов и групп элементов,. формирование всех столбцов сомножителей в сла-аемых, имеет 2 Ц выходов, на первой половине которых получаются столбцы, гропорциональные модулю, а на второй половине — столбцы, пропорциональные фазам соо ветствующях сОмнОжителей в слагаемых.
Сущность изобретения основана на использовании выявленных общих свОйств прОизВедения кОнечнОгО числс матриц передачи четырехполюсников, позволивших указать структуру любо1051550 го элемента результирующей матрицы передачи каскадного соединения четырехполюсников, которая положена в основу построения предлагаемого устройства.
Эти свойства позволяют указать следующее правило записи любого злемента1 результирующей матрицы пе«
< ( редачи, не осуществляя умножения матриц.
1. Слагае" å определяющие эле<1
У мент t. результирующей матрицы пе< 7 редачи, располагаются вертикально последова ельно одно под другим так, чтобы одноименные сомножители в слагаемых (т.е. элементы матриц передачи отдельных каскадов а<,<г,где
k = 1,2; (= 1,2; и =1,2,3<...,H) составили вертикальные столбцы.
2. В первом слева стобце располаlI гаются элементы а;;, а,, каждый иэ которых повторяется 2 раз.
3. Во втором слева столбце рас7<-< и < полагаются элементы а„,а,, а,7, аг, каждый из которых повторяется
2 " 4 раз.
4. В каждом последующем 3,4,..., N --1) располагаются после2<- «<-i< <<- (и<- <) довательно элементы а „, а а „, а каждый из которых повторяется 2 < раз, а затем вся эта запись <группа) повторяется 2 раз, 5. В последнем столбце распола< < гаются элементы а;,, а;, а затем вся эта группа из двух элементов II-7 повторяется 2 раз. << 5 а„5 а<, а Н 7 7 < ° <ъ а<< а« (аг а ° аг 1 а 27 < 7 (< а, агг, а,, 4 а7< 4 аz < На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства. ,Синтезатор передаточных характеристик " -каскадного четырехполюсника содержит генератор 1 постоянных потенциалов коммутатор 2,(<< -1) блоков умножителей 3,(Й -1) блоков сум60 маторов 4, переключатели 5 и 6, умножитель 7, блок 8 вычисления тригонометрических функций, сумматор 9 и блок 10 индикации модуля и фазы. В качестве конкретного примера 65 рассмотрим предлагаемое устройство « а 7< <7 а7< а<2 4 Ф 4 аг, а<7 72 (4 аг< а, а а77 г а,< г < и аг ° a72 г а« ° а ° а,, аг ° а а< ° a« а < < аг 3 а, 1 а< а 2z а, <7 < . a« <2. а « Ф а ° а„ j. а, „ Запишем для примера, в соответствии с указанным правилом элемент (, 1, 1) результирующей матрицы передачи каскадного соединения четырехполюсников для случая М = 5. 5 I 4 а<<, a<„< а„ < а„. аг 5 а„. а„ ° a<< 4 < a« ° а<„ Здесь (лля наглядности) проведены горизонтальные линии, определяющие границы повторяемости по вертикали, сомножителей, обведены повторяющиеся по вертикали группы элементов, кроме того, пунктирной линией обведена группа элементов, являющаяся общей для всех элементов соответствующей результирукщей матрицы передачи. 10 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 триго25 нометрическ гю, т. е. вычислить реаль-. ную и мнимую части, после чего отдельно просуммировать реальные и мнимые части всех полученных комплексных чисел. B результате получается реальная и мнимая части комплексного числа, представляющего собой соответствующий элемент результирующей матрицы передачи H -кас- . кадного четырехполюсника. Для осуществления вычислений не35 обходимо сформировать Р столбцов элементов, которые подвержены в каждом столбце указанным выше двум процессам повторения элементов и групп элементов, а затем осущестЩ вить последовательное перемножение "-"ooòýåòñòâóþùèõ элементов каждого сформированного столбца, Поскольку часть сомножителей(обведенная пунктирной линией) одна и та же 45 для всех элементов результирующей матрицы передачи, а меняются только элементы в крайних столбцах, в зависимости от (<,jj -ro номера элемента результирующе матрицы передачи,. то необходимо осуществить соответствующий выбор элементов при формировании этих двух столбцов. 1051550 для случая синтезирования передаточ. ных характеристик четырехкаскадного четырехполюсника, в частности, элемента (1, 1) результирующей матрицы передачи который в соответствии с вышеуказанным правилом может быть прЕдставлен в следующем виде: 4 3 2 (+ «44 и 1( а4 . а" ° а а 4 (4 4(14 (2 )О 44 2((4 (( а„, а .а ° а "4»" ", 1(41 (4 Н »1 „а 2„° а,. ° а., ° а,2 15 4 а1(а21 2 а(24 22 12 с2 В данном случае необходимо сформировать четыре столбца сомножите- И лей, т.е, коммутатор должен иметь ?)2 =8 выходов, на первых четырех нз которых формируются стобцы из модулей, а на вторых четырех — столб. цы из фаз. Число блоков умножителей 25 и число блоков сумматоров равно Н вЂ” =- 3.. При увеличении числа каскадов в четырехполюснике соотнетстненно унеличинается число выходов коммутато- «)Q ра и -.<исло блоков умножителей и сум матеров. устройстно работает следующим обра =. nF 4. Генератор 1 формирует сигналы, пропорциональные модулям и фазам элементов а;; (где i j =. 1,2; », 1, 2, 3,4) . Эти сигналы подают.ся на коммутатор 2, который Формирует столбцы сигналов пропорциональные» соответственно, модулям и фазам сомножителей в слагаемых: на первом выходе Iа"),)а, 1f,)=",,! Ia,f fazz!» Iazz!»Iazz!»Iazz! на Втором вйходе 4 (! а„),, а(1! ° )а(4! ) а ), )а(4), )а, ), f fa(71 и 1a(gf1azzI (а1 !»)аzzf {az! la»,< )а2())а2,! на третьем ныходе 2 4 -> la„f, )а„), )а„),faz(f,! а,, )a(zf )а22(,)а7;); на четвертом выходе 5О 1 .,2 Z 2 2 7 1a«f )-" )-(2g 1azzl la«!.I"-1)» la42))а2,! Ó на пятом выходе 7» 2 2 2 7 »» > -(МЧ» @((»2,4 21 (44)(24 » 42 (22 ) на шестом выходе („,, „(I 2„(j z„co(7, ãà,.2,В„, V » Ы йа седьмом ныхоле -, 4 24,4(2.2,((2,Ë((,2,(2 (2,,(P(4,,(I a,;,pa», е(а ВОсьмОм БыхОде 6О 4 (4, 4 4 4 4 4 (29 4,(g 0 „, (P (2,„, (P A 4 (, (lF 0 2 g O 2 „, ((l (2 24, CP О 2» И g4 4 4 4 4 4 4 4 „, Va»2,(»4(2„,,(g(242,(>a22,ЦС(ф(222,(С42 первый 5 переключатель устанавливается н одно из двух положений, в зависимости or j -го индекса(;,j) -го номера (н данном случае I =3j синтезируемого элемента матрицы передачи, н соответствии с которьг на один из входов первого бло,а умножителей 3 подаются сигналы одного нз столбцов с первого выхода коммутатора 2 (! 4 4; 4 I a(» f, f a z, l, Ià„I, !à4,I, !а,, „!» так как — 1) . ! Второй переклю-:атель 6 устанавливается также н одно из двух положений, в зависимости от » -го индекса (4 () -la номера,,В да ном слу ае .(=1) синтезируе:.:;Ого 3ëeìåíra ма".рицы передачи» В соответствии с которым на Бтооой: з ходов первого блока умножител;::и 3 подаются сигналы одного из столбцов с Второго Выхода коммутатора 2 I н данном случае )а (»-! „ Iaizl la(41 (ац I )а(! „-., ), fa(), !а2) . так как f(== 1), а на втсрой из нхоблока cyv «arnpozl 4 налы одного из столбцов с предпоследнего выхода коммутатора 2 Б данном случае QQ, „, V O „.2, (f Q 44 g (2, 1, (<,(4, (а ;, Цс(„, ф »,»2, так как; —.— 1) . Остальные зыходы коммутатора 2 подключены к сООтветствующим блО((ам у«»сножителей 3 и e»»» aropc::. . » В кО = ropF»x О сущес тнл яе rc 22 ут:=ре.""..-. Ожени" и сложение соответствующих =..:-Балон. На- выходе пс"леднего . И -1) --0 блока »множителе 3 формируется столбец СКГНаЛОБ» !(РОПОРЦПОНаЛiНЫХ ПРСИЗЗЕ« дениям модулей соотнет"-твующих элементов, а на выходе последнего блока сумматора 4 . — столбец =игналон, гропорциональных суммам фаз соотне..с Вующих элементов. Сигналы с: последнего блока сумматоров 4 подаются на блО((8» на ВыхОДе которых полу аются СИГНаЛЫ,, ПРОПОРЦИОНаЛЬНЫЕ с»»= И П поданны>(на его выход -.кгналон, которые с>даются на умножитеп 7, на выходе которого получаются,Ва столбца сигналов, пропорционал2.ные реальным и мнимым частям кал.доно слагаемого. В сум(аторе ., ОсущестВляется сложение сигналон каждого столбца по отдельности, т.е. Осуществляется отдельное суммирование реальных и мнимых частей комплексных чисел. В результате на выходе сумматора 9 будут сформиро аны два сигнала, амплитуда первого из Х.отгрых представляет реальную, а амплитуда Второго — мнимую части сннтезируемого элемента матрицы пере»с дачи < -каскадного четырехполюс.:.ака. Эти сигналы подаются на блок 1 3 индикации модуля и фазы., Введение. дополнительных. блоков и снязей между ними позволяет повысить быстродействие процесса синте1051550 Составитель A.ßèöêîâ Редактор Е.Папп Техред М.Тепер Корректор A.Tÿñêî Эаказ 8670/49 Тираж 706 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 й Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 зирования и обеспечить синтезирование передаточных характеристик многокаскадного четырехполюсника, содержащего реактивности н описываемого комплексной матрицей передачи,, 
