Для иллюстрации незначительных различий между балансным и двухтактным усилителями можно сослаться на статистические данные (табл. 3), которые соответствуют двум проектам усилителей, разработанным для диапазона 2,11 2,17 ГГц с использованием арсенид галлиевых полевых транзисторов FLL1500IU-2C фирмы Fujitsu. Статистика была собрана путем усреднения характеристик пяти усилителей каждого типа. Параметры усилителей обоих схем достаточно близки, за исключением внешнего согласования, которое лучше в случае балансной конфигурации.

Таблица 3 - Сравнение балансного и двухтактного усилителей

Параметры усилителей, измеренные при напряжении питания 12В и потребляемом токе 4А	Push-Pull - усилитель	Балансный усилитель
Коэффициент усиления	12 дБ	11,8 дБ
Потери по входу	13,4 дБ	20,2 дБ
Выходная мощность	51,9 дБм	52,0 дБм
Уровень третьей гармоники при выходной мощности 43дБм	36,4 дБ	38,5 дБ
Коэффициент полезного действия	51 %	54 %

Среди основных путей достижения высокого динамического диапазона аналоговых приемников все чаще рассматривают применение ак-тивных рекурсивных фильтров в составе балансных схем суперлинейных усилителей.

Именно данное техническое решение фигурирует в качестве предпочтительного в шведском проекте адаптивной многофункциональной цифровой антенной решетки. Соответствующий высокодобротный, малошумящий усилитель балансного типа обеспечивает мгновенный линейный динамический диапазон более 64 дБ при полосе пропускания 18 МГц в диапазоне несущих 8 12 ГГц, и это не является пределом. Подтверждением тому могут служить серийно выпускаемые фирмой Mini-Circuit's балансные усилители серии ZRL (ZRL-700, ZRL-1200, ZRL-2300). Их мгновенный динамический диапазон неискаженной интермодуляционными помехами передачи сигналов превышает 82 дБ при коэффициенте усиления ниже 30 дБ.

Задавая требования к усилителям аналоговых приемников при их стыковке с аналогово-цифровым преобразователем, важно предусмотреть выполнение условия согласования шумов с квантом аналогово-цифрового преобразователя в определенной пропорции. Как правило, их величины должны находиться в соотношении 1:1, а еще лучше, чтобы на шум приходилось несколько квантов аналогово-цифровых преобразователей. В последнем случае когерентное накопление сигналов с «вытаскиванием» их из-под шума будет более эффективным.

Другое условие предполагает, чтобы компрессия усиления начиналась за пределами разрядной сетки аналогово-цифрового преобразователя, что достигается увеличением результирующего коэффициента усиления с помощью дополнительных выходных каскадов в аналоговом приемнике. В дальнейшем требуемое отношение сигнал-шум будет достигаться с помощью цифрового накопления сигналов путем их синфазного сложения по полотну решетки и когерентного накопления во времени, как это делается, например, в случае OFDM-сигналов.

В диапазоне СВЧ широко применяются антенны, возбуждаемые поверхностными волнами. Достоинством антенн поверхностных волн является их диапазонность, простота конструкции, небольшие размеры.

Хорошие аэродинамические качества антенны поверхностных волн позволяют использовать их в качестве мало выступающих антенн для подвижных объектов. Антенна поверхностных волн состоит из двух частей: возбудителя электромагнитных волн и излучающей поверхности. Излучающая часть антенны представляет замедляющую структуру, что способствует увеличению направленности излучения по сравнению с первичным полем возбудителя. В зависимости от типа направляющей поверхности различают плоские, стержневые и дисковые антенны поверхностных волн.

Наибольшее распространение получили стержневые антенны поверхностных волн из диэлектрика, а также в виде металлических стержней с диэлектрической оболочкой.

Диэлектрические стержневые антенны относятся к антеннам бегущей волны с замедленной фазовой скоростью (х_ф < с). Они применяются на границе сантиметрового и дециметрового диапазонов волн в полосе частот от 2 до 10 ГГц [5].

Hа рис. 8 приведена наиболее типичная схема диэлектрической стержневой антенны.

Рисунок 8 Диэлектрическая антенна с коническим стержнем

Она представляет собой диэлектрический стержень, возбуждаемый круглым волноводом с возбудителем и питающим фидером. В зависимости от требований, предъявляемых к антенне, поперечное сечение стержня, возбудитель и его питание могут изменяться. Наиболее часто используются цилиндрические и конические стержни.

Экспериментальные исследования показывают, что конические стержни позволяют получить большее ослабление боковых лепестков диаграммы направленности, чем цилиндрические стержни. Однако длина конических стержней при одинаковой ширине диаграммы направленности больше, чем длина цилиндрических.

Диэлектрический стержень антенны можно рассматривать как отрезок диэлектрического волновода. Из теории диэлектрических волноводов известно, что в них могут распространяться как симметричные, так и несимметричные волны. Волны симметричного типа, как правило, не используются в диэлектрических стержневых антеннах, так как вследствие осевой симметрии они не излучают мощность вдоль оси стержня. Основной волной, используемой с этой целью, является несимметричная волна типа HЕ₁₁, по своей структуре схожая с основной волной круглого волновода H₁₁. Отличие лишь в том, что поле HЕ₁₁ существует и во внешнем пространстве.

С помощью одного стержня удается формировать диаграммы направленности шириной 2и?_0,5 > 20°…. 25°. Для получения более узких диаграмм направленности используются решетки, в которых диэлектрические стержневые антенны являются отдельными излучателями. С учетом направленных свойств излучателей, взаимосвязь между ними и влияние решений на входное сопротивление слабее, чем в решетках, состоящих из вибраторов и щелей, что облегчает настройку и управление решеткой.

Скорость распространения волны вдоль диэлектрического стержня мало зависит от длины волны. Поэтому диэлектрические стержневые антенны широкополосные и их полоса пропускания ограничивается, в основном, диапазонными свойствами возбуждающего устройства. При широкополосном возбудителе она может достигать 40 50 %.

Преимуществом диэлектрических антенн является простота конструкции и малые поперечные размеры. Как и у всех антенн типа бегущей волны с замедленной фазовой скоростью, их особенностью является то, что сужение диаграммы направленности происходит за счет увеличения не поперечных размеров антенны, а продольных размеров при малом поперечном. Эта особенность определяет их применение, в частности, в авиационных радиоустройствах.

Недостатком диэлектрических стержневых антенн является сравнительно малая пропускаемая мощность и малая направленность излучения [8].



4. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

Для получения точных характеристик радио удлинителя рассчитаем основные элементы, необходимые для построения прибора.

4.1 Расчет диэлектрической стержневой антенны

Расчет характеристик диэлектрической стержневой антенны основан на следующих предположениях, типичных для расчета антенн бегущей волны:

1. Распределение поля в цилиндрическом стержне совпадает с распределением поля в неограниченном диэлектрическом волноводе того же диаметра.

2. Волна, распространяющаяся вдоль цилиндрического стержня, является волной с замедленной фазовой скоростью, которая не изменяется по длине стержня.

3. Фазовая скорость распространения волны вдоль конического стержня остается постоянной и совпадает с фазовой скоростью волны в эквивалентном цилиндрическом стержне среднего диаметра.

4. Волной, отраженной от конца стержня, пренебрегают.

Перечисленные предположения упрощают картину явлений, происходящих в диэлектрических стержневых антеннах, и позволяют определить распределение поля в диэлектрическом стержне. Отражения, возникающие при распространении волны в стержне, искажают это распределение. Однако эти искажения при правильном выборе размеров стержня невелики [2].

Основные соотношения:

(Гц) центральная частота;

м/с скорость света в воздухе;

(м) центральная рабочая длина волны;

волновое число;

динамический диапазон;

(Гц) предельные частоты;

(Гц) предельные частоты;

Расчет размеров диэлектрического стержня

В качестве материала диэлектрического стержня выберем полистирол, имеющий относительную диэлектрическую проницаемость в среднем равную 2,5.

Форму стержня выберем конической. Расчет диэлектрической антенны с коническим стержнем ничем не отличается от расчета антенны с цилиндрическим стержнем. В качестве диаметра стержня выбирается средний диаметр конуса.

На рис. 9 приведены основные, необходимые при расчете антенны, размеры.

Рисунок 9 Размеры антенны

еd = 2,5 - диэлектрическая проницаемость диэлектрика антенны (полистирол);

(м) предельный больший диаметр стержня;

(м) предельный диаметр стержня;

(м) средний диаметр стержня;

(м) относительный диаметр стержня [4].

По отношению среднего диаметра стержня к рабочей длине волны и диэлектрической проницаемости материала стержня находим относительную фазовую скорость волны в диэлектрическом стержне из рис. 10: г ~ 0,9.

Рисунок 10 Зависимость относительной фазовой скорости от

относительного диаметра стержня для несимметричной волны

При выборе длины стержня учитываются следующие соотношения. Из теории антенн бегущей волны известно, что максимальный коэффициент направленного действия антенны достигается при длине стержня, равной

(7)

Оптимальная длина стержня определяется как :

(м).

Выбор подводящего коаксиального кабеля

Волновое сопротивление коаксиального кабеля определяется диаметрами внешнего и внутреннего проводников, а также диэлектрической проницаемостью заполняющего материала.

Выберем тип питающей линии коаксиальной, с волновым сопротивлением 50 Ом.

Таким сопротивлением будет обладать кабель со следующими параметрами:

Еk = 2,5;

(Oм);

= 3,74 отношение диаметров кабеля;

= 9(мм) диаметр коаксиала (внешний);

(мм) диаметр коаксиала (внутренний);

В качестве заполняющего диэлектрика выбираем полистирол [1].

Расчет размеров волновода и возбудителя

Волновод

Волновод подбирается таким образом, чтобы в нем было возможно возбуждение волны H₁₁ на рабочей частоте. Также важно, чтобы диаметр волновода был запредельным для волн высших типов, так как на их возбуждение расходуется энергия источника. Основываясь на вышеизложенных соображениях, был выбран круглый волновод с внутренним диаметром 8 см.

Расчет критических длин волн для выбранного волновода:

(м) радиус волновода (внутренний);

значения корней функций Бесселя;

значения корней производных функций Бесселя;

,

,

, (8)

критические длины волн для (рис. 11) (рис. 12);

(м) критическая длина основной волны типа .

Рисунок 11 Критические длины волн для _mn

Рисунок 12 Критические длины волн для E_mn

Конкретный тип волны в волноводе будет распространяться при условии:

(9)

Следовательно, в волноводе будет возбуждаться только основная волна H₁₁, а для ближайшего высшего типа E₁₀ размер волновода будет запределен (рис. 11 и 12) [5].

Расчет длины волновода

Длина волновода (см. рис. 9) от вибратора до раскрыва круглого волновода выбирается так, чтобы высшие типы волн не искажали распределение поля основной волны в раскрыве волновода. Рассчитаем ослабление амплитуд н_mn , ближайших к основной волне высших типов волн.



(м) -длина волны в волноводе;

;

;

коэффициенты ослабления волн высших типов;

ослабление ближайших к основной волне высших типов волн, дБ (рис. 13);

(м)

Рисунок 13 Величины ослабления волн E типа в волноводе

- ослабление ближайших к основной волне высших типов волн, дБ (рис. 14);



Рисунок 14 Величины ослабления волн H типа в волноводе

коэффициенты ослабления волн высших типов;

Величины ослабления (см. рис. 13 и 14) должны быть больше 40 дБ.

Расчет возбудителя

Эффективность возбуждения антенны характеризуется отношением величины мощности, переносимой волной в стержне к полной мощности, подводимой к антенне. Эффективность возбуждения во многом зависит от выбора типа возбудителя. Исследования показывают, что наиболее эффективными возбудителями волны НЕ₁₁ в диэлектрическом стержне являются штыревой вибратор и линейная щель, прорезанная в торцевой стенке круглого волновода. Для щели характерна зависимость эффективности возбуждения от замедления волны в стержне. Этого недостатка лишен штыревой вибратор, который обеспечивает более устойчивое возбуждение.

При длине волны л > 8 см распространение получила схема возбуждения (рис. 10), при которой штыревой вибратор возбуждения возбуждает диэлектрический стержень, заполняющий круглый волновод. Вибратор является продолжением внутреннего проводника коаксиальной линии, питающей антенну. Размеры и положение вибратора в круглом волноводе выбираются так, чтобы отражения, вызываемые его входным сопротивлением Z_вх в питающей коаксиальной линии в рабочем диапазоне частот, были достаточно малыми. Это обеспечивает минимальные потери в коаксиальной линии, увеличивает ее электрическую прочность и облегчает согласование антенны с генератором или приемником.

Согласование Z_вх с питающей коаксиальной линией осуществляется изменением длины вибратора при = л_H11/4. Изменение положения вибратора в круглом волноводе нерационально, так как ведет к значительному искажению поля основной волны и появлению интенсивных волн высших типов, ухудшающих диапазонные свойства волноводно-коаксиального перехода. Поэтому для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления X_вх в коаксиальной линии используются согласующие элементы в виде шайб, четвертьволновых трансформаторов или шлейфов с подвижными замыкателями [2].

В соответствии с изложенными рекомендациями выбираем расположение штыря:

(м),

(м).

Расчет характеристик антенны

Зная длину стержня возможно вычислить значения коэффициента направленного действия (КНД) и усиления антенны.

КНД диэлектрической стержневой антенны оптимальной длины в осевом направлении вычислим по формуле:

КНД антенны (раз).

Эта формула характерна для КНД антенны бегущей волны с равномерным непрерывным распределением элементарных диполей по оси антенны, которая является приближенной моделью диэлектрической стержневой антенны [2].

Коэффициент усиления антенны зависит от величины тепловых потерь в диэлектрическом стержне, которые обычно пренебрежимо малы. Поэтому величину коэффициента усиления антенны можно считать равной величине КНД:

коэффициент усиления (раз);

коэффициент усиления (дБ).

Расчет диаграммы направленности антенны.

(10)

(11)

(12)

(13)

Рисунок 15 Расчетная диаграмма направленности

4.2 Результаты моделирования антенны

Для проектирования антенны воспользуемся системой автоматизированного проектирования (САПР) сверхвысоких частот CST Microwave Studio.

Программный пакет CST Microwave Studio - представляет собой обобщённый результат многолетних исследований и разработок в области эффективного и строгого численного моделирования трёхмерных электродинамических структур. Это инструмент для быстрого и точного моделирования сверхвысокочастотных устройств, а также анализа проблем целостности сигналов и электромагнитной совместимости во временной и частотной областях с использованием прямоугольной или тетраэдральной сеток разбиения.

Ниже представлены результаты моделирования рассчитанной выше антенны.

Рисунок 16 Общий вид антенны

1 - подводящий коаксиальный кабель, 2 - волновод, 3 - диэлектрический стержень

Рисунок 17 - Возбудитель

1 - коаксиальный кабель, 2 - штыревой возбудитель, 3 - волновод, 4 - диэлектрический наполнитель кабеля.

Диаграмма направленности.



Рисунок 18 Диаграмма направленности 3D

Рисунок 19 Диаграмма направленности в вертикальной плоскости

Рисунок 20 - Диаграмма направленности в горизонтальной плоскост



Рисунок 21 Диаграмма направленности в полярных координатах

Согласование.

Рисунок 22 Значение параметра S₁₁

4.3 Расчет усилителя

Для расчета используем первый каскад малошумящего усилителя (МШУ). Вносимые фильтром потери и коэффициент шума первых каскадов доминируют в результирующей чувствительности приемника среди всех составляющих коэффициентов шума. Поэтому можно сделать вывод о том, что очень важно достигнуть низкого коэффициента шума в первом каскаде МШУ. По этой причине был выбран транзистор ATF541M4 GaAs, выполненный компанией Agilent Technologies по технологии pHEMT. Он обладает низким значением коэффициента шума и высокой величиной выходной точки пересечения OIP3. Реализация схемы для первого и второго каскадов МШУ представлена на рис. 23 [8].

Рисунок 23 - Схема для первого и второго каскадов МШУ

Для расчета параметров усилителя была использована среда Microwave Office. Ниже на рисунке приведена построенная в этой программе схема МШУ, по которой производились расчеты (рис. 24).

Рисунок 24 - Расчетная схема МШУ

Ниже приведены графики коэффициента усиления и коэффициента шума для данного усилителя.



Рисунок 25 - График усиления МШУ

Рисунок 26 - Коэффициент шума МШУ



5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

Расчет капитальных вложений

Капитальные вложения _ это денежные средства, которые направлены на приобретение новых предприятий; организацию новых проектов; расширение, реконструкцию и техническое оборудование действующих предприятий. В нашем случае это средства, потраченные на проектирование wi-fi удлиннителя.

Основное производственное оборудование для проектирования устройства представлено в таблице 5.1.

Таблица 4 - Затраты на оборудование

Наименование	Ед. из	Кол-во	Цена за ед., тыс.руб.	Общая цена, тыс.руб.
ПК с ОС Windows 10	шт.	2	26	52
Двухдиапазонный wi-fi роутер для технологии FTTb	шт.	1	2,5	2,5
Сеть связи провайдера ШПД до места проектирования	ед.	1	0,5	0,5
Итого:	55000

Капитальные вложения включают в себя стоимость оборудования, его монтаж и транспортировку. Для этой цели первоначально составляются сметы объемов работ и на приобретение оборудования. Инвестиции, как нам известно - это капитальные вложения, включающие в себя:

(5.1)

где С_об- стоимость приобретаемого оборудования;

С_уст-стоимость транспортного расхода для эксплуатации и монтажа данного оборудования, определяется укрупненным методом и берется равным 10 % от первоначальной стоимости оборудования.

Стоимость на основное оборудование указана с учетом транспортных расходов и таможенного оформления.

(5.2)

По формуле 5.2 получаем:

Таким образом, капитальные вложения в соответствии с формулой 5.1 составляют:

Расчет эксплуатационных расходов

Эксплуатационные расходы _ это расходы, связанные с эксплуатацией техники предприятия связи. К данным расходам относятся следующие затраты:

· материальные затраты (расходы на оплату электроэнергии);

· заработная плата персонала (фонд оплаты труда);

· социальный налог;

· амортизационные отчисления;

· прочие затраты

В процессе обслуживания, эксплуатации и предоставления услуг связи осуществляется деятельность, требующая расхода ресурсов предприятия.

Эксплуатационные расходы определим по формуле:

(5.3)

где ЗП - основная и дополнительная заработные платы персонала;

Сн - социальный налог;

А - амортизационные отчисления;

М- материальные затраты;

Сэл - затраты на электроэнергию;

Садм- прочие административные и управленческие расходы;

Ср - затраты на рекламу.

Маркетинговое продвижение системы видеонаблюдения

План системы маркетинговых мероприятий по продвижению и распространению комплексной системы безопасности объекта включает в себя следующее:

1. Выбор наиболее эффективного метода продвижения разработанного устройства (стимулирование сбыта):

Выбор вида продвижения: реклама, пропаганда, личные продажи.

Выбор способа продвижения (с учетом конкретных потребителей прибора): конференции, выставки, семинары, совещания, презентации, рекламные вывески и щиты, личные встречи, телефонные беседы, средства массовой информации.

2. Выбор оптимального канала товародвижения (с учетом специфики прибора). Существует три уровня движения товара от производителя к потребителю:

0 уровень: производительпотребитель;

1 уровень: производительпосредникпотребитель;

2 уровень: производительпосредникпосредник потребитель;

3 уровень: производительпосредникпосредникпосредник потребитель.

Для увеличения спроса можно предложить ряд мероприятий по продвижению, таких как:

1) участие в соответствующих выставках, конференциях, семинарах, совещаниях;

2) предоставление всей информации потенциальным предприятиям-заказчикам с применением различных методов;

3) личные контакты руководителей предприятия-изготовителя и потенциального предприятия-заказчика.

После заключения соответствующих контрактов и определения величины заказа предстоит осуществить подготовку производства. Этот процесс состоит из следующих этапов: конструкторская подготовка; технологическая подготовка; организационная подготовка.

Обоснование целесообразности разработки удлинителя

Согласно ТЗ необходимо разработать wi-fi удлинитель.

Преимущества использования wi-fi удлинителя состоит в том, что конечный пользователь устройства в составе домашней или корпоративной сети получает возможность увеличить радиус покрытия этой сети. Увеличение радиуса покрытия сети позволяет упростить построение топологии, а также значительно снизить затраты на подключение. Это касается абсолютно всех технологий используемых провайдером, будь то aDSL, vDSl, FTTb, FTTh, gPON и прочие, так как использование разработки происходит непосредственно в локации потенциального абонента, вне зависимости от оборудования провайдера.

Использование удлинителя позволяет:

- Расширить зону покрытия сети;

- Улучшить качество сигнала;

- Избавить от прокладки витой пары до удаленного объекта;

- Частично избавить от прокладки ВОЛС до объекта;

- Наладить быстроразвертываемую связь на объекте;

- Использовать масштабирование при минимальных затратах;

- Возможность скорого перестроения топологии;

- Использовать беспроводную связь;

- и многое другое.

Wi-Fi удлинитель - необходимая вещь для домашнего использования и малого бизнеса, где необходимо путем небольших затрат обеспечить стабильно работающую сеть связи, как внутри локальной сети, так и в глобальной. Также неоспоримым преимуществом является скорость построения сети с помощью удлинителя - никаких медных и оптических кабелей, что существенно сокращает время на организацию линии ШПД.

Многообразие объектов, нуждающихся в такой системе порождает собою большое распространение и развитие систем по защите объекта. Многие абоненты из B2B сегмента как в России, так и за рубежом давно используют такую систему связи, так как прокладка кабелей при соизмеримом качестве несоизмерима дорога.

В нашем регионе есть большое количество потенциальных потребителей данного устройства. Это магазины, супермаркеты и гипермаркеты с залами продаж, небольшими складами и парковками, удаленные объекты, цеха, заводы, автозаправки и прочее. Все эти объекты также могут иметь по нескольку точек, где необходимо предоставить соединение с сетью передачи данных.

В качестве метода оценки качества того или иного прибора, рекомендуют сравнение его характеристик с соответствующими характеристиками аналога. Естественно, валидность оценки зависит от правильности выбора аналога. Прежде всего следует выбрать аналог, наиболее близкий по функциональному назначению, присутствующий на рынке сбыта с устойчивой рыночной ценой. Если рассматриваемый удлинитель по своему функциональному назначению заменяет несколько существующих систем, то в качестве аналога используется их совокупность.

Проектируемая система предназначена для беспроводных сетей связи. Использование такой системы во многом решает проблемы со скоростью развертывания сети и затрат на ее построение.

В отличие от уже существующих на данное время удлинителей, проектируемый продукт хоть и не универсален, но его стоимость при таком же уровне усиления сигнала, значительно ниже своих аналогов.

Обоснование выбора аналога для сравнения

В настоящее время на рынке представлены решения различных фирм-производителей сетевого оборудования, в линейке продукции которых представлены различные модели удлинителей wi-fi сигнала.

Компания TP-Link хорошо себя зарекомендовала в условиях российского рынка, а также является одним из самых надежных производителей сетевого клиентского оборудования на сети Ставропольского филиала ПАО «Ростелеком» TL-ANT2414A - это решение, предназначенное как раз для усиления и расширения зоны покрытия домашней или корпоративной сети, характеристиками практически идентичный разрабатываемому образцу.

Внешний вид аналога разрабатываемого удлинителя представлен на рисунке27.

Рисунок	27	- Антенна «TP-Link TL-ANT2414A»

В плане простоты монтажа установка TL-ANT2414A очень проста и занимает считанные секунды. Антенна совместима с большинством беспроводных устройств, оснащенных съемными антеннами (маршрутизаторы, точки доступа, сетевые адаптеры и др.).

Для того, чтобы сопоставить технико-интегральные экономические показатели изделий, необходимо определить коэффициент весомости для каждого показателя. Методика определения заключается в следующем.

Каждый показатель оценивается экспертом (разработчиком) с использованием какой-либо удобной для него шкале, например, 100-; 10-; 5-ти бальной.

Нормированием n полученных оценок получают весовые коэффициенты

.

Интегральный технический показатель рассчитывается по формуле:

,

где - коэффициент весомости i-го параметра, Аi - оценка качества изделия по i-тому параметру, n - число параметров, по которым производится сравнение. Результаты расчета коэффициента весомости, комплексного показателя качества приведены в таблице 5.

Таблица 5 -результаты расчета интегрального показателя

Планирование опытно - конструкторских работ

В условиях рыночной экономики необходимо оценить затраты на проектирование и разработку опытного образца. Для расчета рентабельности производства необходимо определить затраты на проектирование. Этапы проектирования определены на основе опыта ряда фирм, производящих данные виды работ. Все данные по этапам проектирования приведены в таблицах.

Затраты на этапе проектирования указаны в таблице 6

Таблица 6 - затраты на этапах проектирования

Расчет материальных затрат при производстве

Сметная стоимость устройства удлинителя wi-fi сигнала представлена в табл. 7.

Таблица 7 - Расчёт стоимости системы

Расчет себестоимости представлен в таблице 8.



Таблица 8 - Расчет себестоимости системы

Вычисление интегрального стоимостного показателя

Расчет и сопоставление капитальных вложений.

В капитальные вложения потребителя К (руб./изд.) по сравниваемым вариантам систем (приборов) могут входить

,

где Z - розничная цена системы (прибора); - стоимость перевозки изделия к месту эксплуатации (транспортные расходы 11%); - стоимость монтажа изделия на месте эксплуатации (4-10% оптовой цены системы); - стоимость занимаемой изделием площади; - стоимость запаса сменяемых частей, укрупнено эти затраты должны составлять до 10% от стоимости изделия. Так как система пригодна к эксплуатации сразу после покупки, то = 0, = 0 и = 0.

Расчет капитальных вложений потребителя разработанной системы и аналога представлен в таблицах 9 и 10.



Таблица 9 - Расчет капитальных вложений потребителя разработанной системы

Таблица 10 - Расчет капитальных вложений потребителя

Расчет и сопоставление эксплуатационных расходов. Так как гарантийный срок службы данного устройства составляет 2 года, то А_Н = 1/2 = 50%. Тогда, амортизационные отчисления составят:

(руб./год)/систему,

где A_o - амортизационные отчисления;

(руб./систему) - стоимость системы.

Расчет амортизационных отчислений представлен в таблице для разработанной системы и для аналога представлен в таблицах 10 и 11, соответственно.

Так как разрабатываемое устройство является переносным, то оно не потребляет электроэнергии, работа устройства осуществляется за счет блока питания самого Wi-Fi роутера.

Расчет эксплуатационных расходов аналога представлен в таблице 10.

Таблица 10 - Эксплуатационные расходы разработанной системы

Таблица 11 - Расчет эксплуатационных расходов аналога

Вычисление интегрального стоимостного показателя представлено в таблице 12. Нормированный стоимостный показатель рассчитывается по формуле:

Iсн = Iса/Iср,

где Iса - интегральный стоимостный показатель аналога; Iср - интегральный стоимостный показатель разработанной системы.

Таблица 12 - Вычисление интегрального стоимостного показателя



Срок окупаемости при норме рентабельности 0,25 составляет 3,4 года.

Расчет относительной технико-экономической эффективности проекта

Определим технико-экономические эффективности аналога и разработки

и ,

где и - интегральный стоимостной показатель аналога и разработки. Тогда, относительная технико-экономическая эффективность разработанного изделия рассчитывается:

.

Расчет величин по описанным выше формулам представлен в таблице 13.

Таблица 13 - Расчет технико-экономической эффективности

Относительная технико-экономическая эффективность разработанной системы составила 1,35.



6. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ СИСТЕМЫ

Выпускная квалификационная работа посвящена разработке удлинителя wi-fi сигнала. Разработка включает в себя составление технического задания, постановку задачи и методы их решения, после моделирование на основе принятых решений. Моделирование, как этап разработки устройства, происходит на ПЭВМ (персональная электронная вычислительная машина) и занимает чуть ли не самую большую часть проектирования. Поэтому необходимо создание условий для комфортной и продуктивной работы за ПЭВМ. Рассмотрим и проанализируем соответствует ли нормам то рабочее место, на котором выполнялись основные этапы ВКР.

Требования к ПЭВМ

На основе СанПин 2.2.2/2.4.1340-03 предъявляются некоторые требования к ПЭВМ, проанализируем некоторые из них:

Конструкция персональной электронной вычислительной машины (ПВЭМ) должна предусматривать функцию разворота корпуса, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости, с возможностью закрепления в заданном положении для обеспечения фронтального просмотра экрана видеодисплейного терминала (ВТД). Окраска корпуса должна быть спокойной с диффузным рассеиванием света, так же клавиатура и другие устройства ПВЭМ должным быть матовыми и не иметь бликующих деталей.

Данные требования к ПЭВМ выполняются в большинстве своем. Системный блок элементы ввода ПЭВМ соответствует требованиям, то есть они окрашены в спокойные матовые тона, не издают шума (при тяжелых вычислительных расчетах можно услышать систему охлаждения ПЭВМ, но она не доставляет дискомфорта). Жидкокристаллический дисплей ПЭВМ имеет глянцевую рамку вокруг экрана, которая хоть и темная, но иногда начинает 74 создавать блики, что мешает и приходится либо разворачивать дисплей или устранять источник света, из-за которого возникают блики.

По требованиям СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 конструкция ВДТ должна предусматривать регулирование яркости и контрастности.

Все современные мониторы и ВТД предусматривают данные настройки в широком диапазоне значений. Дисплей ПЭВМ полностью соответствует данным требованиям.

Требования к помещениям для работы с ПЭВМ

СанПин 2.2.2/2.4.1340-03 устанавливает требования к помещениям для работы с ПЭВМ, такие как: окна в помещениях, где используется электронно-вычислительная техника, в большинстве своем должны быть ориентированы на север и северо-восток. Оконные проемы должны иметь жалюзи, занавеси и тд.

На предприятии, на котором выполнялась ВКР окна выходят на север, что проверено было по расположению здания и конкретной комнаты на карте, на всех окнах есть жалюзи. То есть помещение соответствует СанПин.

По требованиям СанПиН Площадь на одно рабочее место пользователей с ВДТ на базе плоских жидкокристаллических или плазменных экранов должно иметь площадь не менее 4,5 м2.

ПЭВМ, как отмечалось выше, оборудован ЖК дисплеем, а площадь ра- бочего места превышает 4,5 м2. Размеры рабочего места составляют: 2х2.5м . Помещение большое и сотрудникам предоставляется большое рабочее пространство.

Так же СанПиН регламентирует, что помещения, где размещаются рабочие места с ПЭВМ, должны быть оборудованы защитным заземлением (занулением). Не следует размещать рабочие места с ПЭВМ вблизи силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающего помехи в работе ПЭВМ.

Помещение имеет защитное заземление и рабочие места не располагаются вблизи силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов, технологического оборудования, создающего помехи в работе ПЭВМ.

Требования к освещению

По требованиям СанПиН рабочие столы следует размещать таким образом, чтобы экраны были ориентированы своей боковой поверхностью к световым проемам, а естественный свет падал преимущественно слева.

Рабочий стол, на котором выполняла ВКР стоит боком к световым проемам, но свет падает справа и сам стол удален от окна на значительное расстояние, поэтому естественный свет падает на рабочее место только в том случае, если стоит ясная солнечная погода и окно не закрыто жалюзи.

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 регулирует, что искусственное освещение в помещениях с использованием ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно- общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, следует применять системы комбинированного освещения - установка местного освещения на рабочих местах.

Каждый этап проектирования, чаще всего, заканчивается оформлением чертежной, технической и другой документации, причем иногда в довольно больших объемах, потому на каждом рабочем месте установлены светильники местного освещения на основе компактных люминесцентных ламп, дающих достаточную локальную освещенность рабочего места при работе с документами.

По СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 - 500 лк. Освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана. Освещенность поверхности экрана не должна быть более 300 лк.

Возможности измерить освещённость нет, так как нет соответствующего измерительного оборудования, поэтому будет дана субъективная оценка освещенности рабочего места. Для работы на ПЭВМ и заполнению документов освещенность достаточна, это достигается большими окнами, то есть хорошее естественное освещение, и расположением основных светильников, которые дают хороший уровень освещенности. Само количество светильников более чем достаточно. Вышедшие из строя лампы своевременно заменяются на новые, поэтому «провалов» в освещенности не наблюдается. Также довольно часто производится мытье окон, из-за близкого расположения дороги стекла быстро покрываются слоем пыли.

По СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 в качестве источников искусственного света нужно использовать преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). В светильниках местного освещения допускается применение ламп накаливания, в т.ч. галогенных.

Основное освещение представлено люминесцентными лампами, а местное компактными люминесцентными лампами, что соответствует требованиям.

По СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 общее освещение при использовании люминесцентных ламп следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении видеодисплейных терминалов.

Общее освещение выполнено в виде прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест в несколько рядов по всей ширине помещения, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении видеодисплейных терминалов, то есть согласно СанПин.

Требования к организации и оборудованию рабочих мест с ПЭВМ для взрослых пользователей

СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 регламентирует требования к организации рабочего места с ПВЭМ для взрослых пользователей:

Высота рабочей поверхности стола должна быть в пределах 680 - 800 мм; при отсутствии такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм.



Рисунок 28 - схема положения оператора за рабочим столом

Модульными размерами рабочей поверхности стола для ПЭВМ, на основании которых должны рассчитываться конструктивные размеры, следует считать: ширину 800, 1000, 1200 и 1400 мм, глубину 800 и 1000 мм при нерегулируемой его высоте, равной 725 мм.

Рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, шириной - не менее 500 мм, глубиной на уровне колен - не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног - не менее 650 мм.

Рабочее место пользователя ПЭВМ следует оборудовать подставкой для ног.

Стол на рабочем месте с регулируемой высотой на данный момент высота установлена на уровне 750 мм. Ширина рабочего стола 1400 мм, а глубина 800 мм, что соответствует требованиям. 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В рамках выпускной квалификационной работы был рассчитан и спроектирован радио удлинитель Wi-Fi на основе стержневой диэлектрической антенны и малошумящего усилителя. Рассчитаны характеристики его антенны и усилителя сигнала; выполнена оптимизация с целью улучшения согласования и уменьшения размеров.

В процессе работы изучена информация о методах проектирования антенн и расчета характеристик усилителей, пройдены основные этапы проектирования (за исключением реализации в железе), получены навыки моделирования и расчета в средах Microwave Office и САПР CTS Microwave Studio.

Может показаться, что размер антенны слишком велик для выбранных целей. Но, учитывая заданную рабочую частоту, такие размеры оправданны. Как было сказано выше, стержневые диэлектрические антенны применяются в диапазоне от 2 до 10 ГГц. Центральная частота для спроектированной антенны 2,45 ГГц, что очень близко к нижней границе диапазона. Естественно, эффективность такой антенны невелика.

Основное время разработки ушло отнюдь не на априорные расчеты или моделирование антенны, а на оптимизацию. Подгонка параметров антенны до оптимальных (КУ, КСВ) оказалась очень времязатратной. Так как реализация работы не осуществлена до непосредственного создания прибора, то невозможно определить точные параметры его работы.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Лобкова Л.М. Проектирование антенн и устройств СВЧ, Севастополь: «СевНТУ», 2002.

2. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ, Москва.: «Высшая школа», 1988.

3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение», Москва, "Вильямс", 2003.

4. Соцков В.А. Разработка диэлектрических стержневых антенн, Нальчик: Кабардино-Балкарский государственный университет. 2003.

5. Соловьянова И.П., Шабунин С.Н. Волноводы и объемные резонаторы. Справочник. 2010.

6. Педжман Р., Джонатан Л. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11, Cisco Press, Вильяме. 2004.

7. Росс Джон. Wi-Fi. Беспроводная сеть, НТ Пресс, 2007.

8. Воскресенский Д.И. Устройства СВЧ и антенны, 2006.

9. Джуринский К.Б. Миниатюрные коаксиальные радиокомпоненты для микроэлектроники СВЧ, 2006.

10. Трубецков Д. И., Храмов А. Е. «Лекции по сверхвысокочастотной электронике для физиков», в 2-х томах. 2003-2004.

11. Рошан П., Лиэри Д. Основы построения беспроводных локальных сетей стандарта 802.11, 2004.

12. Пролетарский А. В., Баскаков И. В., Чирков Д. Н. Беспроводные сети Wi-Fi, БИНОМ, 2007

13. www.telesputnik.ru - журнал Теле - Спутник, 3 (89).

14. www.i-fi.ru - Fi - журнал о беспроводных технологиях связи.

Размещено на Allbest.ru

...