РЕФЕРАТ
Дипломная работа содержит 104 листа, 6 таблиц, 35 рисунков. Тема: «Разработка программ для расчета на ЭВМ характеристик устройств на нерегулярно включенных линиях передачи». Цель работы: разработка программного обеспечения на основе формул нерегулярных четырехполюсников.
Данная дипломная работа посвящена проблемам разработки и внедрения устройств связи высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазона. В ней дается описание видов нерегулярных четырехполюсников, их характеристик и способов соединения, а также расчетных уравнений и формул.
В работе предлагается разработка программного обеспечения для расчета характеристик нерегулярных четырехполюсников на основе отрезков линий. Затраты на разработку составят 17.3 тыс. руб. Программа позволяет облегчить труд разработчиков и сократить время разработки устройств.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 6
1. Технико-экономическое обоснование решаемой задачи 8
2. Теория нерегулярно-включенных линий (НВЛ) 13
2.1. Закономерности миниатюризации 16
2.2. Направления миниатюризации 17
2.3. Принципы оптимального синтеза 19
2.4. Классификация 22
2.5. Основные соотношения 25
2.6. Соединения четырехполюсников 28
2.7. Однородная длинная линия 33
2.8. Замыкание полюсов отрезка линии по диагонали 36
2.9. Замыкание полюсов отрезка линии по горизонтали 41
2.10. Замыкание полюсов отрезка линии по диагонали с одновременной изоляцией одного из них 46
2.11. Изоляция одного полюса линии 50
3. Алгоритмы расчета характеристик НВЛ 53
3.1. Блок-схема программы и ее описание 54
4. Результаты расчета НВЛ 57
5. Экономическая часть 62
Заключение 66
Список литературы 67
Сегодняшний день заставляет не по дням, а по часам совершенствовать технологии, связанные с разными отраслями науки и техники. Это влечет за собой применение новейших результатов исследований.
Многие из этих отраслей, в данном случае, разного рода системы связи, телекоммуникации и спутниковая связь, постоянно испытывают необходимость развития, которое тесно связано с принципиально важной тенденцией - миниатюризацией устройств и систем, применяемых в этой области. Эта тенденция в полной мере проявляется в радиотехнических устройствах, эффективность которых обеспечивается сочетанием миниатюрности и оптимального синтеза, что и является основополагающим моментом при их приобретении и использовании. Чем меньше, функциональнее и надежнее устройство, тем более оно жизнеспособно и пользуется чрезвычайно высоким спросом на всемирном рынке телекоммуникаций и различных устройств связи, где отнюдь не последнее место занимают Российские разработки.
От выхода Российских разработок на мировой рынок зависит судьба многих людей, которые тесно связаны с разработкой, внедрением и применением устройств связи высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазона.
Далеко не последнее место в списке заказчиков устройств связи такого рода занимают Российские Железные Дороги. Пожалуй, ни где как на железных дорогах применяется такое большое количество устройств связи. Это количество постоянно растет и эта проблема, связанная с перегрузкой проводных средств связи, заставляет задуматься о применении средств радиосвязи. Как известно частотный диапазон средств радиосвязи очень сильно перегружен и приходится изыскивать новые диапазоны частот, а они, в основном, лежат сейчас в высокочастотной и сверхвысокочастотной области частотного диапазона.
Основной проблемой при разработке устройств такого рода является согласование каскадов внутри них и с другими частями этих устройств. В роли элементов согласования могут выступать миниатюрные нерегулярно включенные четырехполюсники, которые как никакие другие элементы подходят на эту роль.
В данной работе рассматриваются новые методы синтеза миниатюрных устройств высокочастотного и сверхвысокочастотного диапазонов, выполненных на отрезках двухпроводных, ленточных микрополосковых и коаксиальных линий и способы расчета их входных и выходных характеристик на компьютере.
Рассмотрено направление миниатюризации таких устройств путем уменьшения габаритных размеров посредством применения нерегулярно включенных линий (НВЛ) с сильной магнитной связью между проводами. Эти НВЛ включают в цепь таким образом, чтобы влияние на нее «земли» было незначительным.
Синтез устройств, содержащих НВЛ, требует адекватного физико-математического описания. В данной работе эти описания приводят к следующим новым результатам: а) впервые осуществлен синтез миниатюрных устройств на НВЛ, сильная магнитная связь реализуется без магнитопровода; б) предложенная математическая модель устройств на НВЛ охватывает неограниченный диапазон частот; синтез выполняется в рамках одной модели. Эти результаты отличают данный метод синтеза устройств на НВЛ от методов, известных ранее.
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.