Первый вариант (рис. 2.30,а) приводим к схеме, изображенной на рис. 2.31, затем преобразуем звезду, состоящую из , в треугольник, содержащий проводимости (рис. 2.26). Переходные соотношения:

, , .

В итоге первый вариант приводится к П-образному 2х2-полюснику (рис. 2.33). Сравнивая его с канонической схемой рис. 2.28, находим

, , .

Учитывая эти значения проводимостей, находим а-матрицу для первого варианта изоляции одного полюса НВЛ (рис. 2.30,а)

. (2.46)

Выполняя соответствующие топологические преобразования во втором устройстве (рис. 2.30,6), получаем а-матрицу

. (2.47)

Схемы изоляции одного из полюсов линий

а -горизонтальная

б - вертикальная

Рис. 2.30

К замене НВЛ полным четырехугольником в схемах рис. 2.30

Рис. 2.31

Преобразование звезды в треугольник в схеме рис. 2.30,а

Рис. 2.32

Схема рис. 2.32, преобразованная к виду П-образного 2Х2-полюсника

Рис. 2.33

3 Алгоритмы расчета характеристик НВЛ

Расчет характеристик НВЛ начинается с введения исходных данных. Оно происходит следующим образом. Сначала вводится тип первого четырехполюсника (всего семь типов), затем указывается тип соединения, если два четырехполюсника (по умолчанию тип соединения - одиночный четырехполюсник), если выбран не одиночный тип соединения, программа выдает вторую вкладку с типами четырехполюсников для того, что бы можно было указать, какой из типов четырехполюсников является вторым. После указания типов четырехполюсников и их соединения вводятся дополнительные параметры: геометрическая длина отрезка линии, диэлектрическая проницаемость, начальная частота исследуемого диапазона частот, конечная частота, волновое сопротивление, коэффициент величины связи, сопротивление нагрузки, сопротивление генератора, количество выборок из исследуемого промежутка частот или количество точек для построения на графиках. Все параметры строго проверяются на правильность, чтобы исключить ошибки при расчете. После нажатия на кнопку "Далее" происходит расчет результирующей а-матрицы одного или двух четырехполюсников в зависимости от типа соединения. Сначала в этом расчете проверяется, какой из семи типов четырехполюсников был выбран, затем, по исходным параметрам, рассчитывается а-матрица каждого из четырехполюсников, после чего рассчитывается результирующая а-матрица в зависимости от выбранного типа соединения четырехполюсников. Следующим этапом после этих расчетов является предоставление выбора нужной характеристики или группы характеристик. Затем после этого выбора происходит расчет по заранее заложенным формулам, и на экран выводятся: форма, содержащая график выбранной характеристики и форма, содержащая значения результирующей а-матрицы для каждой выборки из заданного диапазона частот в текстовом виде. Полученный график и текстовый список результатов расчета можно сохранить в отдельном файле, скопировать в буфер обмена, распечатать на принтере или изменить свойства графика или текста. После всего вышеперечисленного можно вернутся в начало программы, очистить содержимое ячеек для ввода параметров и повторить ввод исходных данных для повторного расчета.

3.1 Блок-схема программы и ее описание

Описание блок-схемы программы (рис. 3.1).

Блок № 1 - начало программы. В этом блоке происходит инициализация всей программы, создание основного и дополнительных окон программы, отвечающих за вывод графиков, результатов в текстовом виде, окна прав на программу и диалоговых окон.

Блок № 2 - цикл для ввода исходных данных. Этот блок является виртуальным, поскольку на самом деле его нет, но программа построена таким образом, чтобы нельзя было начать расчет без ввода всех исходных данных в блоке № 3 и проверки их на правильность в блоке № 4.

Блок № 3 - ввод исходных данных. В этом блоке происходит ввод всех исходных данных: 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.

Блок № 4 - проверка правильности вводимых данных. В этом блоке происходит проверка вводимых данных на соответствие реальным нормам и параметрам рассчитываемого четырехполюсника (в программе существуют определенные рамки для каждого из вводимых параметров, за которые она не дает выйти, чтобы не вызвать сбоя или ошибки).

Блок № 5 - выбор типа четырехполюсника. После блока № 4 программа переходит непосредственно к расчету. В этом блоке программа определяет для себя, какой из типов четырехполюсников был выбран как первый или второй и передает управление одному из блоков с номерами от 6 до 12.Блоки № 6…12 - расчет а-матрицы выбранного четырехполюсника. В этом блоке происходит расчет а-матрицы одного из выбранных четырехполюсников по введенным исходным данным для всех выборок.

Блок № 13 - проверка на выбор второго четырехполюсника. В этом блоке ведется проверка на тот случай, если тип соединения четырехполюсников выбран таким, в котором участвуют два четырехполюсника.

Блок № 14 - выбор типа соединения. В зависимости от типа соединения четырехполюсников этот блок передает управление одному из блоков с номерами от 15 до 18.

Блоки № 15…18 - расчет результирующей а-матрицы. В этом блоке ведется расчет результирующей а-матрицы с использованием а-матриц просчитанных в блоках с номерами от 6 до 12 с учетом введенных параметров. Блок № 19 - выбор выходной характеристики. В этом блоке программа дает возможность выбрать одну из семи возможных вариантов сочетания выходных характеристик. Блоки № 20…26 - расчет и вывод результатов. В этом блоке происходит расчет выбранной характеристики по ее заранее запрограммированным формулам и уравнениям, а также вывод на экран форм: с графиком выбранной характеристики и с данными расчета результирующей а-матрицы в текстовом виде.

Блок № 27 - сохранение и печать конечного результата. Этот блок является виртуальным поскольку на самом деле его нет, однако существует возможность сохранения и печати результатов расчета.

Блок № 28 - конец программы. Программа завершает свою работу после нажатия на кнопку "Закрыть". В этом блоке происходит деинициализация и разрушение всех окон созданных программой.

Блок-схема программы

Рис. 3.1

4 Результаты расчета НВЛ

Результаты расчета НВЛ рассматриваются на одном примере.

Исходные данные для примера:

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

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

Схема соединения четырехполюсников - последовательно-параллельная;

Геометрическая длина - 3 см;

Диэлектрическая проницаемость - 9;

Начальная частота - 10 МГц;

Конечная частота - 1 ГГц;

Волновое сопротивление - 100 Ом;

Коэффициент связи - 0,7;

Сопротивление нагрузки - 75 Ом;

Сопротивление генератора - 6 Ом;

Количество выборок - 30;

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).

5 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.