Синтезатор передаточных характеристик n-каскадного четырехполюсника

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК О 7/48 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНАВТСРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 74442/18(5 б) 1Р 59072.Р 3958 юл. М 40ица и А.8.8)е свидет06 С 7/4свидетелОб С 7/1 ищу ство СС1978.во СССР1974 пр ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) СИНТЕЗАТОР ПЕРЕДАТОЧНЬХ ХАРАКТЕРИСТИК Н-КАСКАДНОГО ЧЕТЬРЕХПОЛЮСНИКА, содержащий генератор постоянных потенциалов, переключатели иблок индикации, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениябыстродействия, в него введены (М -1)блоков умножителей,( Й -1) блоков сумматоров, коммутатор, умножитель,блок вычисления тригонометрическихфункции и сумматор, выход которогосоединен 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 М -2) блока умножителей подключен к первому входу(1 +1) -го блока умножителей, выход С -го блока сумматоров ( =1,2 8 -2) соединен с первым входом 8 +1) -го блока сумматоров, К й (К 3(4 рЙ) и (2 К - Х +1) -й выходы коммутатора соединены с вторыми входами(К -1)-го блока умножителей и блока сумматоров соответственно, 2 к-и и (2 М -1) -й выходы коммутатора подключены через переключатели к первому и второму входам Е первого блока сумматоров, выход (-1) -го блока умножителей соединен с первым входом умножителя, вы- акоторого подключен к входу сум- %аваев матора, выход (К -1) -го блока сумматоров через блок вычисления тригонометрических функций соединен с вторым входом умножителя.Изобретение относится к радиотехнике и вычислительной технике,предназначено для использованияпри проектировании и исследованиидлинных линий, линий задержки, Фильтров, согласующих цепей, многокаскадных усилителей,Изне тно устройство, котороеможет быть использовано для прогнозиронания передаточных характерис.тик многоэненного четырехполюсника, 1 Опри известной матрице передачи отдельного звена, путем вычисления результата возведения матрицы передачиотдельного звена в степень, показатель которой равен числу звеньев.В этом устройстве строки (столбцы)матриц представлены ортогональнымисигналами с амплитудами, пропорциональными соответствующим элементамстроки столбца) матрицы передачи,а коммутация соответствующих сигналов осущестнляется по правилу перемножения матриц Ц .,К недостаткам устройстна относится то, что оно не позволяет выполнять операции с комплексными матрицами, которыми характеризуются реальные четырехполюсники, и то, чтоневозможно моделировать каскадноесоединение различных четырехполюсников,ЗОНаиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для вычисления произведений матриц, содержащее генераторсигналов, переключатели и измеритель, причем выходы генераторов понапряжению соединены последовательно, а выходы по току параллельнои включены между шиной нулевого по"тенциала и соответствующими контак Отами переключателей, выходы которыхподключены, соответственно, к обмотке напряжения и тока измерителя, накотором считывается результат, про"порциональный одному из элементоврезультирующей матрицы Г 2).Недостатком устройства при перемножении нескольких матриц (т,е.при прогнозировании Передаточных характеристик многокаскадного четырехполюсника) является низкое быстродействие процесса вычисления (прогнозирования) и связанное с нимнеудобство эксплуатации, обусловленные необходимостью запоминаниярезультатон перемножения очередныхдвух матриц, и необходимостью перенастройки гармоник для установки новых значений амплитуд, пропорциональных величинам, полученным впредыдущем цикле перемножения и про-. ЬОпорциональных элементам следующейперемножаемой матрицы, Кроме того,невозможно выполнять операции скомплексными матрицами (невозможность прогнозировать передаточные 65 характеристики каскадного соединениячетырехполюсников, содержащих реак-"тивности и описываемых комплекснымиматрицами передачи),Цель изобретения - понышениебыстродействия.Поставленная цель достигаетсятем, что н синтезатор передаточныххарактеристик И -каскадного четырехполюсника, содержащий генераторпостоянных потенциалов, переключатели и блок индикации, введены (М -11блоков умножителей, (И -1) блоковсумматоров, коммутатор, умножитель,блок вычисления тригонометрическихфункций и сумматор,. выход которогосоединен с входом блока индикации,выход генератора постоянных потенциалов подключен к входу коммутатора, первый и второй выходы которогоподключены через переключатели кпервому и нторому вхддам первогоблока умножителей соответственно,выход 1 -го( = 1,2.-2) блока умножителей подключен к первомувходу(8 +1) -го блока умножителей,выход-го блока сумматоров(81,2 -2) соединен с перньмвходом(1 +1 -го блока сумматоров,1-й(1= 3,4 1) и (2 М+1) -йвыходы коммутатора соединены с вторыми входами( -1) -го блока умножителей и блока сумматоров соответственно, 2 8-й и (28 -1)-й выходы коммутатора подключены через переключатели к первому и второму входампервого блока сумматоров, выход(-1) -го блока умножителей соединенс первым входом умножителя, выходкоторого подключен к входу сумматора, выход (8 -1) -го блока сумматоров через блок вычисления тригонометрических Функций соединен с вторым входом умножителя.Генератор постоянных потенциаловформирует сигналы, пропорциональныесоответствующим элементам каждойматрицы передачиотдельного четырехполюсника, причем каждому элементусоответствует два сигнала, амплитудаодного из которых пропорциональнамодулю, а второго - фазе элемента,т,е. всего 2 4 й сигналон. Ксежутаторобеспечивает, в соответствии с указанными выше свойствами повторения элементов и групп элементов,.Формирование всех столбцон сомножителей н слагаемых, имеет 2 Ц выходов,на первой половине которых получаются столбцы, гропорциональные модулю,а на второй половине - столбцы, пропорциональные фазам соответствующихсомнОжителей и слагаемых,Сущность изобретения основана наиспользовании выявленных общихсвойств произВедения конечногО числематриц передачи четырехполюсникон,позволивших указать структуру любо 1051550Запишем для примера, в соответствии с указанным правилом элемент (1, 1) результирующей матрицы передачи каскадного соединения четырехполюсников для случая.= 5.а, а,54 аа 4 а( г( а 4 а; аго элемента результирующей матрицыпередачи каскадного соединения четырехполюсников, которая положенав основу построения предлагаемогоустройства,Эти свойства позволяют указатьследующее правило записи любого злемента 1 результирующей матрицы пе(редачи, не осуществляя умноженияматриц.1, Слагае"(ые определяющие эле(мент 7, результирующей матрицЫ передачи, располагаются вертикальнопоследова ельно одно под другим так,чтобы Одноименные сомножители в слагаемых (т,е, элементы матриц передачи отдельных каскадов ац,где1 с = 1,2,= 1,2; и =1,2,3(, й)составили вертикальные столбдды.2. В первом слева стобце распола(гаются элементы а, аг каждый иэкоторых повторяется 2 раз.3, Во втором слева столбце рас- -( й (полагаются элементы а ( аг( ( а (2 /аг, каждый из которых повторяется2 И 4 раз.4, В каждом последующем-омстолбце, кроме последнего,(п =3,4 И -1) располагаются после 5 (- И. (-(1довательно элементы а, а 7,- а" , каждый из котОРыхповторяется 2раз, а затем всяэта запись дгруппа) повторяется2 раз,5, В последнем столбце располагаются элементы а(, а; , а затемвся эта группа из двух элементов(- 7повторяется 2 раз. Здесь (лля наглядности) проведены горизонтальные линии, определяющие границы повторяемости по вертикали, сомножителей, обведены повторяющиеся по вертикали группы эле 5 ментов, кроме того, пунктирнойлинией обведена группа элементов,являющаяся общей для всех элементовсоответствующей результирукщей матрицы передачи.10 При этом каждый комплексный элемент матрицы передачи отдельногочетырехполюсника технически реализован в виде двух генерируемых сигналов, амплитуда одного из которыхпропорциональна модулю, а амплитудавторого пропорциональна Фазе элемента матрицы передачи.Вычисления можно организоватьследующим образом,Сначала перемножить модули сомножителей в каждом слагаемом, а ихфазы сложить, затем преобразоватькаждое полученное комплексное число из показательной Формы в триго 25 нометрическ гю, т. е, вычислить реаль-.ную и мнимую части, после чего отдельно просуммировать реальные имнимые части всех полученных комплексных чисел. В результате получается реальная и мнимая частикомплексного числа, представляющегособой соответствующий элемент результирующей матрицы передачи 8 -кас- .кадного четырехполюсника.Для осуществления вычислений не 35 обходимо сформировать Р столбцовэлементов, которые подвержены вкаждом столбце указанным выше двумпроцессам повторения элементов игрупп элементов, а затем осущест 4 О вить последовательное перемножение соответствующих элементов каждого сформированного столбца, Поскольку часть сомножителей(обведенная пунктирной линией) одна и та же45для всех элементов результирующейматрицы передачи, а меняются толькоэлементы в крайних столбцах, в зависимости от (,1 -го номера элемента результирующед( матрицы передачи,ТО необходимо осуществить соответствующий выбор элементов при формировании этих двух столбцов. На чертеже показана структурнаясхема предлагаемого устройства.,Синтезатор передаточных характеристик ( -каскадного четырехполюсника содержит генератор 1 постоянны потенциалов коммутатор 2,(М -1) бло ков умножителей 3,(Й -1) блоков сум- О маторов 4, переключатели 5 и 6, умножитель 7, блок 8 вычисления триго нометрических функций, сумматор 9 и блок 10 индикации модуля и фазы,В качестве конкретного примера 5 рассмотрим предлагаемое устройстводля случая синтеэирования передаточных характеристик четырехкаскадногочетырехполюсника, в частности, элемента (1, 1) результирующей матрицыпередачи который в соответствиис вьгшеукаэанным правилом может бытьпредставлен в следующем виде:4 ") гг)а а" а" аа,а, аа,7 О4 4 г )г4а а, ааа,а а 4 а, аг аа,а,г 15аггага) аг аагаггаггагВ данном случае необходимо сФормировать четыре столбца сомножите Олей, т.е, коммутатор должен иметь12 =8 выходов, на первых четырехнэ которых Формируются стобцы и)модулей, а на вторых четырех - столбцы иэ Фа). Число блоков умножителей 25и число блоков сумматоров равно3 аПри увеличении числа каскадов вчетырехполюснике соответственно увеличивается число выходов коммутатора и число блоков умножителей и сумматеров.устройство работает следующимобразом.Генератор 1 Формирует сигналы,пропорциональные модулям и Фазамэлементов а (где 4, = 1,2;1,2,3,4. Эти сигналы подают,ся на коммутатор 2, который Формирует столбцы сигналов пропорциональные) соответственно, модулям иФазам сомиожителей в слагаемых:на г 7 ервом выходеа"фа 7 "7 1 а аль 1 а 7711 агг а 72на Втором вйходе 45(2 -Р (2 (Раг,Р(21 фо,с 17 а фЛ г, Цагна шестом выходегс 7, (Рд (Раг 2,ф(ггфа,г,(Ра)г,(Рагг, фаггйа седьмом выходе .,2 24)(22 ) "21 а 21 (Р 14 (Ра)г) 24Р 22 )е 7 а ВОсьмОм. выходе 6 О4,г, (ра,гЮ(2(Ра,г,(Ра 22) (Ра гг а 77 (Р(7 22первый 5 переключатель устанавливается В одно нз двух положенйй, в эависимости От-го неденс ), ) -го нОмера (В даннОМ сх 7 учге 1:")/ сянтеэируемого элемента матрицы передачи, В соответствии с которьг 4 на Один иэ Входов первого блоа умн)жителей 3 подаются сигналы одного нз с:олбцов с первого выхода коммутатора 2 (в данном сл)чае 1 а 1, )а 4 )а 4,)а 1, )а 7)1,1 а 1 а 24,1, а 41, так как- 1) .Второй переклю:атель б устанавливается также в одно из двух положений, в )ависимости от ) -го индекса (4,) -го номера ,В данном случае ,1=1) синтезируе 7;ого элемента ма".рицы передачи, В соответствии с которым на Втооой .з ходов первого блока умножители 3 подаются сигналы одного иэ столб)ОВ с второго Выхода коммутатора 2 ),В данном случае)а 1 а,г)а,) ) а,г 1, а, а, ), аа,11, так как (7= 1), а на втсрэй иэ входов блока сумматоров 4 подаются сигналы одного иэ столбцов с предпослед. него выхода коммутатора 2 в данном случае (Р)2, (Ра г, (Ра 44 (Рд,) ) (С (а, ) ЦС 2 ) (Р,г ) такОстальные зыходы коммутатора 2 поДключены к сОотВетствующим б)ло)(ам умножителей 3 н суьР 4 аторс , В кО = торых Осуществля,.тся 72;:ре.".):О;(ение и сложение соответствуюих с 7 е)а. )н. На Выходе гс"леднего И -1) -го блока )77 ножителей 3 формируе" ся столбец сигналов ) )гропорц 7 Ональных прои)зе" дениям модулей соответствующих элементов, а на выходе последнего блока сумматора 4 " столбец :игналов, гропорциональных суммам Фаз соответстВующих элементов, Сигналы с последнего блока сумматоров 4 подаются на бло 7( 8 ) е 7 а Выходе ко.Орь)х получаются сигналы пропорциональные са- ии поданных на его выход сигеалов) которые подаются на умножитепь 7, на выходе которого получаютсг Два столбца сигналов, пропорционал 7;ные реальным и мнимым част)н 4 7(а.дого слагаемого. В сущ 4 атор(г ., Осуществляется сложение сигналов ка 2 щого столбца по Отдельности, т.е. Осуществляется отдельное суммирование реальных и мнимых частей комплексных чисел. В результате на Выходе сум 4 атора 9 будут сФормированы два сигнала, амплитуда первого и) которых представляет реальную, а амплитуда второго - мнимую части сннтеэируемого )Лемента матрицы перев)дачи д -каскадного четырхполюса)ика. Эти сигналы подаются на блок 10 индикации модуля и Фазы,Введение Дополнительных. блоков и связей между ними поэволяет повысить быстродействие процессасинте, 1051550 Составитель А.ЯицковРедактор Е.Папп Техред М.Тепер Корректор А.Тяско Эаказ 8670/49 Тираж 706 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5йв Филиал ППП "Патентф, г. ужгород, ул, Проектная, 4 зирования и обеспечить синтезирование передаточных характеристик многокаскадного четырехполюсника,содержащего реактивности н описываемого комплексной матрицей передачи