Технико-экономическое обоснование решаемой задачи

Теория нерегулярно-включенных линий (НВЛ)

 

Термином четырехполюсник обозначают электрическую цепь, которая может соединяться и взаимодействовать с другими цепя­ми только в четырех точках, называемых полюсами. Сумма токов в полюсах всегда равна нулю.

Если при включении четырехполюсника в цепь токи в его полюсах оказываются разными, то соответствующий способ вклю­чения называют нерегулярным, а четырехполюсник — 4х1 - полюсником; он изображается символом, приведен­ным на рис. 2.1. Если же при включении четырехполюсника в цепь токи в его полюсах попарно равны, но противоположны по направлению, то включение называют регулярным, а четырехпо­люсник — 2х2 - полюсником; его изображают символом, при­веденным на рис. 2.2. Стрелками показаны направления токов, которые считаются положительными. Энергия входит в одну па­ру полюсов, называемых входными, и выходит через другую па­ру полюсов, называемых выходными.

Если во внутренней цепи 2х2 - полюсника можно выделить 4х1 - полюсник, то такой 2х2 - полюсник называют 2х2 - полюсной подсхемой 4х1 - полюсника. Это понятие иллюстрируется на рис. В.З: внешняя цепь N' заштрихована; 4х1 - полюсник обозна­чен через N. Здесь N реализуют в виде отрезка НВЛ; в нем пара полюсов короткозамкнута либо по диагонали, либо по горизонтали, либо один полюс изолирован от внешней цепи (рис. 2.4). Возможны также сочетания этих приемов. Токи, ука­занные на рисунке, иллюстрируют регулярность включения цепи в целом и нерегулярность включения ее внутренней части N.

 

Символ 4х1 - полюсника

Рис. 2.1

 

Символ 2х2 - полюсника

Рис. 2.2

 

2х2 - полюсная под­схема 4х1 - полюсника

N - 4х1 - полюсник, N' - внешняя 2х2 - полюсная цепь

Рис. 2.3

 

2х2 - полюсные подсхемы на НВЛ являются, как правило, функциональными устройствами, поэтому для краткости назовем их устройствами на НВЛ. Необходимым атрибутом та­кого устройства является сильная магнитная связь между прово­дами НВЛ, обеспечивающая его миниатюрность и широкополосность. Эти замечательные свойства устройств на НВЛ, на которое обратили внимание в 50-е годы, в дальнейшем интенсивно иссле­довались; значительное внимание уделялось автотрансформато­рам типа длинной линии.

 

а

Операции с полюсами четырехполюсника

в

б

а - замыкание по диагонали;

б - замыкание по горизонтали;

в - изо­ляция одного полюса.

Рис. 2.4

 

Недостатком этих исследований является отсутствие резуль­татов по синтезу фильтров на НВЛ, а также единообразной ма­тематической модели в разных частотных интервалах. В данном дипломном проекте эти недостатки в определенной мере устранены.

 

 

Направления миниатюризации

 

В настоящее время развиваются шесть основных направлений миниатюризации.

Первое, традиционное, направление основано на применении печатных микрополосковых устройств в стандартных микросбор­ках при достаточно высоком  подложки. Резонаторами ПФ слу­жат полуволновые и четвертьволновые отрезки линий. Часто ис­пользуют подложки из поликора ( =9,6). Второе направление основано на применении полусосредо­точенных элементов, образуемых короткими отрезками линий. Удачный вариант такого устройства — гребенчатый фильтр; его габаритные размеры сравнимы с размерами микрополоскового ПФ, но имеется выигрыш в диссипативных потерях.

Третье направление миниатюризации устройств УВЧ и ОВЧ связано с применением сосредоточенных индуктивностей и емкос­тей в печатном исполнении (возможны и навесные конденсаторы), размеры которых существенно меньше длины, волны. Габаритные размеры таких элементов очень малы; малая собственная доброт­ность ограничивает их применение устройствами с полосами про­пускания не меньше чем 15...20%. Исследования в этой области в последние годы весьма интенсивны, и применение сосредото­ченных элементов растет.

Четвертое направление основано на применении диэлект­рических резонаторов в запредельном волноводе. Используются диэлектрики с =3,8...80. При поперечном расположении диэлектрических резонаторов в запредельном волноводе обеспе­чивается простота «сшивания» полей в волноводе и в диэлектри­ке и соответственно разреженный спектр паразитных полос пропу­скания фильтра. В некоторых вариантах конструкции таких ПФ достигается ПК=1...2. Интересен также и другой вариант расположения диэлектрических резонаторов — продольный. Резонаторы  располагаются на нижней стенке запредельного вол­новода в виде дисков. Поле в волноводе здесь более сложной структуры, чем в первом случае, что сказывается неблагоприятно на спектре паразитных полос пропускания.

В рассматриваемом направлении имеются неиспользованные возможности. Например, в последнее время удалось реализовать ПФ на диэлектрических резонаторах с использованием двух по­ляризаций поля в запредельном волноводе. Это обеспечивает АЧХ с полюсами затухания на конечных частотах, что существенно увеличивает крутизну скатов АЧХ. В настоящее время рассмат­риваемое направление может быть реализовано лишь в диапазо­нах СВЧ и УВЧ. Для реализации в диапазоне ОВЧ необходима разработка керамики с весьма высоким  при приемлемом .

Пятое направление основано на применении функциональ­ных сред, в которых создается поверхностная акустическая вол­на либо поверхностная магнитостатическая волна (ПМСВ). Эта техника специфична и требует высокой технологической культу­ры.

Шестое направление миниатюризации рассмотрено в книге подробно. Сущность используемых эффектов заключается в ак­тивизации влияния магнитной связи между проводами НВЛ. В традиционных вариантах включения линия определяется полно­стью двумя параметрами: волновым сопротивлением р и электри­ческой длиной . Взаимная индуктивность между проводами ли­нии проявляется лишь в НВЛ; она характеризуется коэффициен­том магнитной связи k. Рациональное сочетание трех варьируе­мых параметров р,  и k обеспечивает одновременно миниатюр­ность и широкополосность устройства УВЧ и ОВЧ диапазонов. Во многих случаях для создания  вводится магнитопровод, однако он ухудшает термостабильность и уве­личивает габаритные размеры устройства.

 

Классификация

 

По энергетическому признаку 2х2 - полюсники делятся преж­де всего на автономные и неавтономные.

Автономным называют 2х2-полюсник, который, будучи отклю­чен от внешней цепи, самостоятельно (автономно) создает на сво­их зажимах напряжения или токи. Этот 2х2-полюсник называют неавтономным, если он самостоятельно не создает напряжений и токов на своих зажимах. Неавтономные 2х2-полюсники, в свою очередь, делят на активные и пассивные.

Активным называют неавтономный 2х2-полюсник, у которо­го хотя бы в одном из направлений передачи энергия на пассив­ной нагрузке за время от t=0 (начало передачи) до  пре­вышает энергию, поданную на вход. Пассивным называют неавто­номный 2х2-полюсник, у которого в обоих направлениях пере­дачи энергия на пассивной нагрузке за время от t=0 до  не превышает энергию на входе. Например, пассивным является лю­бой 2х2-полюсник, составленный из элементов с положительны­ми сопротивлениями, индуктивностями и емкостями.

В дальнейшем изложении речь будет идти только о пассив­ных 2х2-полюсниках.

Различают 2х2-полюсники еще и по следующему признаку:

если четырехполюсник подчиняется принципу обратимости (или взаимности), его называют обратимым (или взаимным); в про­тивном случае — необратимым (или невзаимным). Напомним, что подчинение принципу взаимности означает следующее: ток I между накоротко замкнутыми правыми зажимами 2х2-полюсника, вызванный действием напряжения Е, приложенного к его ле­вым зажимам, равен току I', который протекал бы между нако­ротко замкнутыми левыми зажимами, если бы напряжение Е бы­ло приложено к правым зажимам. Обратимым (взаимным) явля­ется, в частности, любой 2х2-полюсник, составленный из элемен­тов с положительными сопротивлениями, индуктивностями и ем­костями. Пассивность 2х2-полюсника не равнозначна его обратимости; пассивный 2х2-полюсник может быть и необратимым (на­пример, гиратор, ферритовый вентиль или циркулятор).

Симметричным называют 2х2-полюсник, одинаково пропуска­ющий сигналы в двух противоположных направлениях (слева на­право и справа налево). Если такой 2Х2-полюсник выключить из цепи, повернуть на 180° относительно поперечной (вертикальной) оси и включить снова в цепь, то напряжения и токи в последней останутся такими же, как и до переключения. Симметричный 2х2-полюсник является одновременно и обратимым, однако обра­тимый 2х2-полюсник может быть как симметричным, так и не­симметричным; 2х2-полюсник называют структурно-симметрич­ным относительно поперечной оси, если его левая и правая части зеркально отображают одна другую. Заметим, что 2х2-полюсни-ки, структурно-симметричные относительно поперечной оси, явля­ются всегда симметричными и по передаче, однако обратное за­ключение будет неверным.

Важным признаком 2х2-полюсникр является другой вид структурной симметрии — относительно продольной (горизонталь­ной) оси. По этому признаку 2х2-полюсники делят на уравнове­шенные и неуравновешенные. Уравновешенным называют 2Х2 полюсник, структурно-симметричный относительно продольной оси, т. е. такой, у которого верхние и нижние части зеркально ото­бражают одна другую. Например, уравновешенным 2х2-полюс-ником является двухпроводная линия, у которой оба провода оди­наковы. Неуравновешенным называют 2х2-полюсник, структурно-несимметричный относительно продольной оси. Антиметричным называют 2х2-полюсник, у которого произведение сопротивления холостого хода при прямой (обратной) передаче и сопротивления короткого замыкания при обратной (прямой) пе­редаче постоянно, не зависит от частоты. Линейным называют 2Х2-полюсник, у которого токи и напряжения на входе и выходе связаны линейными зависимостями. Будем рассматривать только линейные 2Х2-полюсники. Реактивным называют 2х2-полюсник, лишенный диссипативных потерь. Такая идеализация во многих случаях допустима и существенно облегчает анализ и синтез ус­тройств.

Основные соотношения

 

Направления токов и напря­жений в четырехполюснике, принятые за положительные

Рис. 2.5

 

Принятые за положительные направления отсчета токов и на­пряжений на полюсах 2х2-полюсника показаны на рис. 2.5. Поскольку рассматриваются линейные 2х2-полюсники, то комплек­сные действующие значения токов и напряжений на полюсах I₁, I₂, U₁, U₂ связаны между собой линейными зависимостями. По­лучили распространение следующие виды записи этих зависимо­стей:

 

                                ,                              (2.3)

                                ,                            (2.4)

                                ,                             (2.5)

                                ,                            (2.6)

                                ,                         (2.7)

                                ,                           (2.8)

 

где [z] — матрица сопротивлений;

   [у] — матрица проводимостей;

   [a] — матрица передачи в прямом направлении (слева направо);

   [ft] — матрица передачи в обратном направлении (справа нале­во).

 

Матрицы [h] и [g] называют гибридными матрицами 2х2-полюсника.

Таким образом, получено шесть форм уравнений и шесть си­стем параметров 2х2-полюсника. Чтобы охарактеризовать 2х2-по-люсник и рассчитать передачу энергии через него в любом из двух направлений (слева направо и справа налево), достаточно было бы иметь одну из указанных систем. Тем не менее наличие не­скольких систем параметров оказывается полезным по следую­щим причинам: 1) есть такие 2Х2-полюсники, для которых не­которые из описанных систем параметров не существуют (система параметров считается несуществующей, если хотя бы один из ее параметров равен бесконечности); 2) в зависимости от структу­ры заданного 2х2-полюсника значения его параметров отыски­ваются проще для определенной системы параметров); 3) часто сложная цепь, составленная путем соединения нескольких 2х2-полюсников, рассчитывается проще, если на одном этапе расчета пользоваться одной системой параметров, а на следующем — дру­гой. Параметры каждой из шести систем можно выразить через параметры остальных. В табл. 2.1 дана сводка формул, выража­ющих указанные связи.

Таблица 2.1

Связи между матрицами

 

 

В таблице D_z, D_y, D_h, D_g, D_a, D_b — определители соответствующих матриц. Эти определители выражают через элементы матриц:

 

 ,          (2.9)

 ,       (2.10)

 ,        (2.11)

 ,       (2.12)

 ,     (2.13)

 ,      (2.14)

 

Заметим, что в каждой из описанных матриц элементы не связаны между собой. Однако, если 2х2-полюсник обратимый (взаимный), между элементами каждой матрицы существует по одной определенной связи

 

                      (2.15)

 

а если 2х2-полюсник симметричный, добавляют еще по одной

 

                         (2.16)

 

Таким образом, 2х2-полюсник в общем случае характеризует­ся четырьмя, обратимый 2х2-полюсник — тремя, а симметричный 2Х2-полюсник — двумя независимыми параметрами.

 

Однородная длинная линия

 

Линия передачи, в которой распространяется Т-волна, описы­вается дифференциальными уравнениями

 

dU / dx = -Z_п * I; dI / dx = -Y_п * U,                                  (2.22)

 

где U, I            — комплексные действующие значения напряжения и тока в сечении линии, расположенном на расстоянии х от ее начала, В, А;

           — погонные комплексные сопротивле­ния и проводимости, Ом, Сим;

   L_П, C_П, R_П, G_П — погонные индуктивность, ем­кость, сопротивление и проводимость линии, Гн, Ф, Ом, Сим.

 

Решение уравнений (2.22) имеет вид

 

 ,       (2.23)

 

где А и В — произвольные постоянные;

   — волновое сопротивле­ние, Ом;

   у  — постоянная передачи,

 

причем

 

 .                                                (2.24)

 

С учетом граничных условий из (2.23) имеем

 

 ,              (2.25)

 

где U₁, I₁, U₂, I₂ — напряжения и токи в начале и конце линии, В, А;

l               — длина линии, м.

 

Таким образом, в режиме 2х2-полюсника матрица передачи от­резка линии

 

 .                                        (2.26)

 

Для линии без диссипативных потерь (R_П=0, G_П=0)

 

;  ,

 

где  —электрическая длина линии, м;

 — длина волны в линии, м,

 

откуда

 

 .                                             (2.27)

 

Линии передачи без потерь, в которых распространяется только Т-волна, обладают специфическим свойством - скорость распростра­нения волны в линии постоянна, а определяется она выражением

 

 ,

 

где с — скорость света в вакууме, м/с;

 — относительная диэлектрическая постоянная мате­риала, которым заполнена линия.

 

Таким образом,

 

 ,

 

т. е. погонные параметры рассматриваемых линий между собой жестко связаны. Например, при сближении проводов линии погонная емкость С_П увеличивается, а погонная индуктивность L_П уменьшается так, что произведение L_П*С_П остается неизменным:

 

 ,

 

где L₀ — собственная индуктивность одного провода на единицу длины (под собственной индуктивностью провода понимают его индуктивность в случае, когда обратный провод и другие внешние объекты отодвинуты на достаточно большое расстояние), Гн;

М — взаимная индуктивность между обоими проводами на единицу их длины, Гн/м;

k=M/L₀ — коэффициент магнитной связи между проводами линии ().

 

Согласованность изменения С_П и k, которая обеспечи­вается постоянством скорости света, обусловливает сохранение Т-волны при вариациях расстояния между проводами (если это расстояние не превосходит определенных пределов, связанных с диапазоном частот).

 

Результаты расчета НВЛ

 

Результаты расчета НВЛ рассматриваются на одном примере.

Исходные данные для примера:

1) Тип первого четырехполюсника – 5 (отрезок линии с замкнутыми полюсами по диагонали с одновременной изоляцией одного из них);

2) Тип второго четырехполюсника – 2 (отрезок линии с замкнутыми полюсами по диагонали);

3) Схема соединения четырехполюсников – последовательно-параллельная;

4) Геометрическая длина – 3 см;

5) Диэлектрическая проницаемость – 9;

6) Начальная частота – 10 МГц;

7) Конечная частота – 1 ГГц;

8) Волновое сопротивление – 100 Ом;

9) Коэффициент связи – 0,7;

10) Сопротивление нагрузки – 75 Ом;

11) Сопротивление генератора – 6 Ом;

12) Количество выборок – 30;

13) Выбранная характеристика – рабочее затухание.

Исходные данные были рассчитаны программой и получены следующие результаты. График рабочего затухания отображен на рис. 4.1.

 

График рабочего затухания

Рис. 4.1

 

Результаты расчета НВЛ в тестовом виде:

 

Значения для частоты 10000000 Гц.:

a11=(4,7878)+j(0); a12=(0)+j(-10,3358)

a21=(0)+j(2,95); a22=(-4,9975)+j(0)

Значения для частоты 43000000 Гц.:

a11=(4,7097)+j(0); a12=(0)+j(-44,1892)

a21=(0)+j(0,673); a22=(-4,9456)+j(0)

Значения для частоты 76000000 Гц.:

a11=(4,5343)+j(0); a12=(0)+j(-76,4896)

a21=(0)+j(0,3672); a22=(-4,8286)+j(0)

Значения для частоты 109000000 Гц.:

a11=(4,2787)+j(0); a12=(0)+j(-106,4093)

a21=(0)+j(0,2421); a22=(-4,6598)+j(0)

Значения для частоты 142000000 Гц.:

a11=(3,9656)+j(0); a12=(0)+j(-133,1573)

a21=(0)+j(0,1726); a22=(-4,4444)+j(0)

Значения для частоты 175000000 Гц.:

a11=(3,5934)+j(0); a12=(0)+j(-156,1747)

a21=(0)+j(0,1273); a22=(-4,1911)+j(0)

Значения для частоты 208000000 Гц.:

a11=(3,18)+j(0); a12=(0)+j(-175,3788)

a21=(0)+j(0,0952); a22=(-3,9154)+j(0)

Значения для частоты 241000000 Гц.:

a11=(2,7579)+j(0); a12=(0)+j(-190,6065)

a21=(0)+j(0,0716); a22=(-3,6232)+j(0)

Значения для частоты 274000000 Гц.:

a11=(2,3351)+j(0); a12=(0)+j(-202,1663)

a21=(0)+j(0,0535); a22=(-3,3267)+j(0)

Значения для частоты 307000000 Гц.:

a11=(1,9216)+j(0); a12=(0)+j(-210,2469)

a21=(0)+j(0,0395); a22=(-3,0312)+j(0)

Значения для частоты 340000000 Гц.:

a11=(1,5291)+j(0); a12=(0)+j(-215,2939)

a21=(0)+j(0,0284); a22=(-2,7435)+j(0)

Значения для частоты 373000000 Гц.:

a11=(1,1491)+j(0); a12=(0)+j(-217,5385)

a21=(0)+j(0,0196); a22=(-2,4655)+j(0)

Значения для частоты 406000000 Гц.:

a11=(0,8173)+j(0); a12=(0)+j(-217,6019)

a21=(0)+j(0,0128); a22=(-2,2031)+j(0)

Значения для частоты 439000000 Гц.:

a11=(0,4948)+j(0); a12=(0)+j(-215,7355)

a21=(0)+j(0,0071); a22=(-1,9566)+j(0)

Значения для частоты 472000000 Гц.:

a11=(0,2302)+j(0); a12=(0)+j(-212,2591)

a21=(0)+j(0,003); a22=(-1,7262)+j(0)

Значения для частоты 505000000 Гц.:

a11=(-0,0229)+j(0); a12=(0)+j(-207,4489)

a21=(0)+j(-0,0005); a22=(-1,5122)+j(0)

Значения для частоты 538000000 Гц.:

a11=(-0,248)+j(0); a12=(0)+j(-201,6131)

a21=(0)+j(-0,0032); a22=(-1,3148)+j(0)

Значения для частоты 571000000 Гц.:

a11=(-0,4436)+j(0); a12=(0)+j(-194,9488)

a21=(0)+j(-0,0052); a22=(-1,133)+j(0)

Значения для частоты 604000000 Гц.:

a11=(-0,6092)+j(0); a12=(0)+j(-187,6184)

a21=(0)+j(-0,0068); a22=(-0,966)+j(0)

Значения для частоты 637000000 Гц.:

a11=(-0,7826)+j(0); a12=(0)+j(-179,756)

a21=(0)+j(-0,0081); a22=(-0,8127)+j(0)

Значения для частоты 670000000 Гц.:

a11=(-0,9024)+j(0); a12=(0)+j(-171,4991)

a21=(0)+j(-0,0088); a22=(-0,6725)+j(0)

Значения для частоты 703000000 Гц.:

a11=(-1,0196)+j(0); a12=(0)+j(-162,893)

a21=(0)+j(-0,0093); a22=(-0,5439)+j(0)

Значения для частоты 736000000 Гц.:

a11=(-1,1349)+j(0); a12=(0)+j(-154,0664)

a21=(0)+j(-0,0097); a22=(-0,4264)+j(0)

Значения для частоты 769000000 Гц.:

a11=(-1,2273)+j(0); a12=(0)+j(-145,044)

a21=(0)+j(-0,0098); a22=(-0,319)+j(0)

Значения для частоты 802000000 Гц.:

a11=(-1,3214)+j(0); a12=(0)+j(-135,8685)

a21=(0)+j(-0,0097); a22=(-0,2207)+j(0)

Значения для частоты 835000000 Гц.:

a11=(-1,4089)+j(0); a12=(0)+j(-126,5552)

a21=(0)+j(-0,0095); a22=(-0,1308)+j(0)

Значения для частоты 868000000 Гц.:

a11=(-1,491)+j(0); a12=(0)+j(-117,1369)

a21=(0)+j(-0,0092); a22=(-0,0487)+j(0)

Значения для частоты 901000000 Гц.:

a11=(-1,5939)+j(0); a12=(0)+j(-107,6241)

a21=(0)+j(-0,0088); a22=(0,0264)+j(0)

Значения для частоты 934000000 Гц.:

a11=(-1,6972)+j(0); a12=(0)+j(-97,9763)

a21=(0)+j(-0,0084); a22=(0,0952)+j(0)

Значения для частоты 967000000 Гц.:

a11=(-1,8167)+j(0); a12=(0)+j(-88,2121)

a21=(0)+j(-0,0078); a22=(0,1581)+j(0)

 

Таким образом получаем результаты расчета НВЛ и используем далее в своих целях (пересчет параметров или дальнейшая фаза расчетов при моделировании устройств).

 

Экономическая часть

 

В экономической части проекта необходимо определить стоимость разработки методики и программного обеспечения для расчета нерегулярно включенных линий или четырехполюсников. Этот расчет позволяет значительно уменьшить время создания конечных продуктов на основе нерегулярно включенных четырехполюсников.

Стоимость разработки программного обеспечения определяется по формуле:

 

,                                (5.1)

 

где С_от       - фонд оплаты труда, тыс. руб.;

С_отч - отчисления на социальную защиту, принимаются равными 38,5% от фонда оплаты труда, в том числе: 28% - в пенсионный фонд; 1,5% - в фонд занятости; 5,4% - на социальное страхование; 3,6% на медицинское страхование;

С_пр - прочие расходы принимаются равными 10% от фонда оплаты труда (ФОТ), тыс. руб.;

С_ам - амортизационные отчисления, равные 6,7% от стоимости ЭВМ, используемой для разработки программного обеспечения, тыс. руб.;

С_эл.эн. - расходы на электроэнергию.

 

Разработка программного обеспечения включает в себя разработку методики просчета нерегулярных четырехполюсников, а так же написание и отладку программы.

Для этого необходимы специалисты инженеры-программисты в количестве двух человек.

Срок разработки программного обеспечения 1 месяц. Месячный тарифный оклад берется из приказа Министерства Путей сообщения за № 249 от 15.12.97 г.

Расчет фонда оплаты труда (ФОТ) производиться табличным способом и приводится в табл. 5.1

 

Таблица 5.1

Расчет фонда оплаты труда, руб.

Должность	Контингент, чел.	Тариф	Премия 20%	Выслуга лет 12%	Дополнительный ФОТ 10%	Месячный ФОТ
Инженер-программист	2	2366.0	447.8	268.7	223.9	6612.8

 

Отчисления на социальные нужды

 

,                                                (5.2)

 тыс. руб.

 

Оплата за электроэнергию рассчитывается следующим образом

 

,                                            (5.3)

 

где Р – расход электроэнергии, кВт;

 - мощность ЭВМ, кВт;

- среднее время работы ЭВМ в день;

- общее количество дней, затраченных на разработку ПО.

 

 , кВт.

 

Тогда стоимость электроэнергии будет

,                                               (5.4)

где  - оплата за электроэнергию, руб.;

 - стоимость 1 кВт.ч.

 

 руб.

 

Прочие расходы рассчитываются по формуле

 

,                                                   (5.5)

 тыс. руб.

 

Амортизационные отчисления

 

,                                                (5.6)

 

где  - стоимость ЭВМ, используемого для разработки ПО, тыс. руб.

 

 тыс. руб.

 

Размер плановых накоплений принимается 25% от стоимости разработки программного обеспечения, а накладные расходы составляют 40%.

 

Общая стоимость проекта приводится в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Калькуляция стоимости проекта

Статьи расхода	Стоимость, тыс. руб.
ФОТ	6.61
Отчисления на социальные нужды	2.54
Прочие расходы	1.32
Амортизационные отчисления	0.067
Расходы на электроэнергию	0.012
Итого стоимость разработки ПО	10.5
Плановые накопления	2.6
Накладные расходы	4.2
Всего расходов	17.3

 

Таким образом, стоимость программно-математического обеспечения с учетом плановых накоплений и накладных расходов составляет 17.3 тыс. руб.

 

Заключение

 

В данной дипломной работе был спроектирован алгоритм расчета и программа, позволяющая рассчитывать некоторые характеристики нерегулярных четырехполюсников по нескольким входным параметрам. Программа позволяет достигнуть небывало коротких сроков разработки устройств с нерегулярными четырехполюсниками на основе отрезков линий.

Здесь представлены результаты работы программы, расчет которых производился бы не один месяц и не одним специалистом.

Программа выполнена следующим образом. После запуска программы вводятся исходные данные: тип первого четырехполюсника, тип соединения четырехполюсников, тип второго четырехполюсника, физическая длина отрезка линии, диэлектрическая проницаемость, начальная частота исследуемого диапазона частот, конечная частота исследуемого диапазона частот, волновое сопротивление, величина коэффициента связи, сопротивление нагрузки, сопротивление генератора, количество выборок из исследуемого диапазона частот или количество точек на графиках. После этого программа рассчитывает промежуточные значения. Затем предоставляется выбор выходной характеристики, далее программа определяет значения выбранной характеристики в заданном диапазоне частот и выводит форму с графиком функции, а также форму со значениями результирующей а-матрицы в текстовом виде. После этого конечный результат как в графическом, так и в текстовом режимах можно сохранить.

Имеется возможность неоднократного повторения всего цикла расчетов без завершения программы.

Данная дипломная работа была выполнена под непосредственным руководством профессора Волкова Е. А. с использованием его материалов и разработок. 

 

Список литературы

 

1. Дмитриев В.А. и др. Экономика железнодорожного транспорта: Учебник для вузов ж.-д. трансп. / В. А. Дмитриев, А. И. Журавель, А. Д. Шишков и др.; Под ред. В. А. Дмитриева. – М.: Транспорт, 1996. – 328 с.

 

2. Зелях Э. В. и др. Миниатюрные устройства УВЧ и ОВЧ диапазонов на отрезках линий. / Э. В. Зелях, А. Л. Фельдштейн, Л. Р. Явич, В. С. Брилон. – М.: Радио и связь, 1989. – 112 с.

Технико-экономическое обоснование решаемой задачи

 

В настоящее время все более возрастает применение на железнодорожном транспорте радиопередающих и радиоприемных устройств с самыми разнообразными и многочисленными характеристиками. В это число входят приемники и передатчики высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазона.

При конструировании и использовании такого типа устройств у разработчика в ходе его работы возникает ряд проблем и трудностей. В данной дипломной работе рассматривается одна из них.

Как в любой сложной радиоэлектронной аппаратуре, каковой являются высокочастотные (ВЧ) и сверхвысокочастотные (СВЧ) приемники и передатчики, существует такая проблема, как согласование входных и выходных сопротивлений каскадов, трактов и просто элементов этих устройств.

Условием максимальной передачи мощности являются равенства:

 

Zг = Zн,                                                       (1.1)

 Zг = Rг + jXг,                                                 (1.2)

Zн = Rн + jXн,                                                (1.3)

Rг + jXг = Rн + jXн,                                           (1.4)

где Zг - комплексное сопротивление генератора, Ом;

   Zн - комплексное сопротивление нагрузки, Ом;

   Rг - реальная часть сопротивления генератора, Ом;

   jXг - мнимая часть сопротивления генератора, Ом;

   Rн - реальная часть сопротивления нагрузки, Ом;

   jXн - мнимая часть сопротивления нагрузки, Ом.

 

Именно здесь начинает проявляться специфика согласовывающих элементов, которые характерны для ВЧ и СВЧ приемопередающих устройств. В качестве таких элементов используют так называемые трансформаторы сопротивлений, в качестве которых применяются линии, включенные различным образом или нерегулярные четырехполюсники (четырехполюсники, у которых различны входные токи).

Здесь возникает проблема математического анализа с помощью формул, описывающих их функции и свойства.

Расчет таких громоздких формул – очень сложная задача. Именно этот фактор и является самой главной причиной, по которой целесообразно переложить этот расчет на компьютер. И еще это целесообразно из-за вычисления матриц и комплексных чисел, что является очень трудоемкой задачей, если учесть что это делается вручную. Следовательно, возникает задача запрограммировать этот расчет.

Эта задача может быть реализована на любом языке программирования. Здесь, в частности, представляется вариант программы, разработанный в среде программирования "Delphi" с использованием его библиотек и состоит в следующем.

По некоторым входным характеристикам этих четырехполюсников и запрограммированным формулам в виде матриц, каждая из которых соответствует какой-то одной, строго определенной схеме четырехполюсника, рассчитывается характеристическая (общая, результирующая) матрица их соединения по парам, с различной конфигурацией этого соединения или одиночной схемы четырехполюсника.

После этого по полученной матрице рассчитывается рабочее затухание, входное и выходное сопротивление полученной схемы соединения в заданном диапазоне частот от нижнего до верхнего пределов и строятся графики перечисленных зависимостей.

Решение поставленной задачи может выглядеть следующим образом.

Сначала необходимо запрограммировать формулы в матрицах, в качестве которых будут использованы массивы, соответствующие своим четырехполюсникам. Далее следует обеспечить ввод всех численных величин, используемых в формулах, и после этого запрограммировать выбор:

1) тип первого четырехполюсника;

2) если их два, то тип второго четырехполюсника;

3) схема соединения двух четырехполюсников, в соответствии, с которой программируются формулы для вычисления результирующей матрицы.

Во всех массивах при вычислении и программировании формул нужно учесть все реальные и мнимые части комплексных чисел и особенности их вычисления. Для этого следует разбить комплексное число и создать отдельно массивы реальных частей и отдельно массивы мнимых частей.

Далее по полученной результирующей матрице вычисляем рабочее затухание, входное и выходное сопротивления, создаем отдельное окно отчета, в которое записываем результаты для последующего просмотра, сохранения или распечатки.

Используя программный построитель графиков, получаем эти зависимости в заданном диапазоне частот, различая их разным цветом.

Данная задача, выполненная технически грамотно, может стать программой, которую так ждали все те, кто связан с разработкой, реализацией и внедрением устройств радиоприема и радиопередачи высоко- и сверхвысокочастотного диапазона.

Это особенно актуально сейчас, когда развитие науки и техники приобретает особенно важное значение для развития любого производства. Развитие рыночных отношений в нашей стране способствует ускорению темпов научно-технического прогресса (НТП), поскольку это ведет к совершенствованию технологического процесса производства, уменьшению затрат, улучшению условий труда работников, нормализации экологической ситуации и т. д. Под научно-техническим прогрессом понимается непрерывное совершенствование производительных сил на базе использования достижений науки и техники в целях повышения эффективности общественного производства и решения социальных и экономических задач общества.

Надо иметь в виду, что транспорт не создатель, а потребитель техники. НТП проявляется в данном случае в использовании в транспортном процессе новой техники, поставляемой промышленностью. Использование качественной техники и постоянное ее обновление чрезвычайно важно на железнодорожном транспорте, т. к. от этого непосредственно зависит качество, надежность, безопасность работы и движения поездов. Эффект от использования новой техники, помимо улучшения финансовых показателей, может выражаться в сокращении численности работников, облегчении их труда, снижении расхода материалов, топлива, электроэнергии. Но чтобы использовать новую технику, ее необходимо купить. Поэтому важно, чтобы цена на новую технику была такой, чтобы могла заинтересовать производителей в выпуске, а потребителей – в ее приобретении и применении. Реальные цифры внедрения новой программы указаны в экономической части пояснительной записки.

Разработка приемопередатчиков высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазона на основе миниатюрных трансформаторов сопротивления, котор