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, которые иначе называются нерегулярными четырехполюсниками или нерегулярно-включенными линиями, является важным мероприятием железных дорог. Они, при использовании в определенных устройствах, позволяют достигнуть высоких скоростей доставки информации, увеличивает радиус действия информационных сигналов и оставляют эти устройства миниатюрными. Это приводит к ускорению получения оперативных данных, в частности по информации о местонахождении вагонов, поездов, о состоянии груза, его качественных характеристиках и конечном пункте назначения. Также скорость передачи информации важна в путевом хозяйстве и в хозяйстве сигнализации и связи, например, информация о состоянии пути и стрелочных переводов, так как быстрое сообщение об обнаруженных неисправностях может не допустить аварийных ситуаций и ускорить ремонтные работы по ликвидации этой неисправности.

Но, как уже говорилось ранее, разработка и внедрение устройств на основе нерегулярных четырехполюсников должны быть достаточно недорогими, чтобы окупиться в короткий период времени. Для разработки устройств на основе нерегулярных четырехполюсников необходим большой штат работников и много времени, так как это долгая и кропотливая работа. Поэтому непосредственно в стоимость разработки будут включены помимо затрат материальных, энергетических, амортизационных еще и расходы на оплату труда разработчиков и все связанные с ними отчисления в бюджетные и внебюджетные органы. Чем больше период разработки, тем, естественно, больше затрат по элементу «фонд оплаты труда». В итоге разработка устройств на основе нерегулярных четырехполюсников представляется достаточно дорогостоящим и неэффективным мероприятием. Внедрение представленной в дипломе программы расчета характеристик нерегулярных четырехполюсников позволит в несколько раз сократить стоимость разработки за счет сокращения затрат времени и численности работников.