Реферат: Математическое моделирование высокочастотных радиоцепей на основе направленный графов
Введение
1. Основные понятия и определения
2. Топологическое представление радиоцепи
3. Расчет цепей на основе направленных графов
Список используемой литературы
Список обозначений
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ВЫСОКОЧАСТОНЫХ РАДИОЦЕПЕЙ
НА ОСНОВЕ НАПРАВЛЕННЫХ ГРАФОВ
Введение
В статье рассматриваются некоторые вопросы применения теории графов для расчета высокочастотных радиоцепей, описываемых матрицей рассеяния: составление графа цепи из нескольких 2 - полюсников, различные способы преобразования и примеры расчета.
1. Основные понятия и определения
Для расчетов радиоцепей большое распространение получили методы матричной алгебры. Однако эти методы применительно к анализу сложных цепей приводят к чрезвычайно трудоемким расчетам, затрудняют установление зависимостей между отдельными параметрами и представление исходной цепи в виде комплекса простых структур. Эти недостатки в значительной степени устраняются применением метода направленных графов [ 1, 2 ], сущность которого заключается в том, что матричные уравнения, описывающие систему, могут быть заменены соединениями элементарных графов, преобразования которых соответствуют матричным преобразованиям, но выполняются значительно проще. Преимущество этого метода также в том, что математическое описание задачи с помощью направленных графов естественным образом вытекает из физического строения системы и не требует записи исходных матричных уравнений. Направленный граф служит топологической формой представления уравнений системы относительно выбранных переменных, т.е. топологической моделью системы.
Рассмотрение топологических моделей высокочастотных цепей начнем с основных понятий теории графов. Необходимость этого вытекает из отсутствия единой терминологии и устранения возможности неправильного толкования отдельных терминов.
Графом - называется система точек и связывающих их линий. Каждая точка - узел графа; линия, связывающая две точки, - ветвь.
Направленный граф - граф, в котором все ветви имеют направление, ненаправленный - если ветви направления не имеют.
Направленному графу однозначно соответствует система линейных алгебраических уравнений, в которых узлы графа - переменные, а ветви - коэффициенты. Например системе уравнений
(1)
соответствует граф, приведенный на рис. 1.
Узлы, имеющие только выходящие ветви - источники; узлы, имеющие только входящие ветви - стоки. На рис.1. источники -
и 
, сток - 
.
Путь - непрерывная последовательность ветвей, вдоль которой каждый узел встречается не более одного раза. Если путь начинается и кончается в одной и той же точке, то он образует контур . Если контур образован одной ветвью, то это - элементарный контур . Дерево - совокупность соединенных ветвей, касающихся всех узлов, но не образующих ни одного контура.
Каждая ветвь характеризуется величиной, называемой передачей ветви . Например, ветвь, соединяющая 
и , имеет передачу b. Величина пути 
- произведение передач ветвей пути k. Величина дерева - произведение передач ветвей этого дерева.
 |
 |
 |
|
|
 |  | |||||||
 | ||||||||
 | ||||||||
 | ||||||||
 | ||||||||
 |  | |||||||
|
| |||||||
Рис. 1 Рис. 2
Определитель графа 
- сумма величин различных деревьев, содержащихся в данном графе. И, наконец, передача 
- сумма величин возможных путей между двумя узлами 
и 
.
в основе правил преобразования направленных графов потока сигналов лежит следующее утверждение - на величину сигнала в узде непосредственно влияют только входящие ветви; наличие выходных ветвей, если они не образуют элементарных контуров, на величину сигнала в узле не влияют.
Преобразования графов соответствуют преобразованиям, совершаемым с системой алгебраических уравнений, или, в более общем смысле, преобразованиям матрицы этой системы. Преобразования могут преследовать две цели - либо изменение структуры графа для более удобного (в каком-то смысле) установления зависимостей между величинами, либо для нахождения передачи между двумя узлами.
2.Топологическое представление радиоцепи
В теории электрорадио цепей существует несколько способов математического представления структуры цепи с помощью графов. Представления на основе токов и напряжений в качестве узловых переменных [ 1, 3 ] приводит к структурам графа, совпадающим с физической структурой электронной цепи. Радиотехнические цепи высоких и сверхвысоких частот также могут представлены [ 4 ] на основе полных токов и напряжений с использованием параметров матриц проводимостей и сопротивлений. Однако наибольший интерес для цепей с распределенными постоянными имеет представление на основе падающих и отраженных волн [ 5 ] , т.е. составляющих полных либо тока, либо, что чаще, напряжения. Если этот интерес определился ясным физическим смыслом и удобством параметров представления ( параметров матрицы рассеяния ), то с использованием графов сюда следует добавит другой важный фактор - совпадение физической структуры графа. Построение топологической модели сложной схемы начнем с простейшей - четырехполюсник, включенный между генератором и нагрузкой (рис. 2.). если 
- есть падающие и рассеиваемые волны на граничных сечениях четырехполюсника и 
- соответствующие волны в сечениях генератора и нагрузки, то имеют место следующие две системы уравнений, связывающих эти величины:
(2) 
(3)
|
|
