4.2. Постановка задачи.

В данной дипломной работе поставлена задача по разработке конструкции СВЧ блока фазового модулятора, удовлетворяющего нижеприведенным техническим требованиям:

• оптимальность фронтов управления

не более 5нс.

• подавление частных гармоник в спектре модулированного сигнала относительно уровня несущего сигнала не менее 25 дБ.

• обеспечение фазовых сдвигов в статическом режиме работы :

+904

-904

-1804

• изменение ослабленного СВЧ сигнала при всех фазовых сдвигах не более 0,5 дБ.

- ослабление проходящего СВЧ сигнала не более 13 дБ.

4.3. Формирование целей и задач

Проектирования.

Руководствуясь техническими требованиями к показателям функционирования фазового модулятора формируем цели и задачи разработанной конструкции и расставляем их в порядке подчиненности в виде иерархической структуры.

На рис.16 представлено дерево целей и задач разработанной конструкции фазового модулятора.

Определение значимости параметров фазового модулятора.

Увеличение подавления четных гармоник сигнала в спектре, уменьшение длительности фронтов, уменьшение изменения ослабления сигнала, уменьшение разбросов фазового сдвига, уменьшение величины проходящего СВЧ сигнала желательно при любом допустимом режиме работы фазового модулятора. Значимость этих параметров характеризует насколько качественно блок выполняет свои функции. (См.табл.6)

4.4. Формирование идеального конечного результата.

Идеального конечного результата можно добиться путем изменения фазы СВЧ сигнала сформированным прямоугольным импульсом, обеспечивающим минимальные потери энергии и максимальную надежность.

4.5. Формирование главной функции фазового модулятора.

Учитывая основное назначение модулятора, которое формируется как то , что под действием внешнего напряжения скачком изменять фазу несущего СВЧ сигнала и исходя из генеральной цели разработки конструкции (См.рис.16), главная функция модулятора-“Сформировать прямоугольный радиоимпульс”. Присвоим ей шифр F1.

В данной работе модулятор рассматривается вне связи с конкретным изделием, поэтому из второстепенных функций будем анализировать только функцию –“Обеспечить удобство в работе”.Присвоим ей шифр F2.

4.6. Определение элементов преобра- зования.

Для данного СВЧ фазового модулятора элементами преобразования являются:

• мощный СВЧ сигнал;

• электрическая энергия.

4.7. Установление характера преобра- зований и их состав.

В данной работе особенности фазовой модуляции мощного СВЧ сигнала обусловлены схемным решением и электрическими свойствами материалов. Поэтому состав преобразований СВЧ сигнала и сигналов управления будет определяться совокупностью фазовых явлений , возникающих в проводниках и микрополосковых линиях.

В состав преобразований входят:

1. Принятие несущего СВЧ сигнала от внешнего источника.

2. Принять сигнал управления от внешнего источника.

3. Преобразовать сигнал управления.

4. Преобразовать несущий СВЧ сигнал.

5. Передать сформированный радиосигнал устройству-нагрузке.

8. Определение принципа реализации главной функции.

Согласно Т3 , основной принцип реализации главной функции фазового модулятора-сформировать прямоугольный радиоимпульс под действием управляющих импульсов информации, поступающих от внешних источников. Элементная база, необходимая для осуществления этого принципа, определена в задании на данный проект(См. схему электрическую принципиальную).

4.9. Формирование основных и вспомо- гательных функций.

Согласно составу преобразований фазового модулятора, его основными функциями являются:

F11-Принять несущий СВЧ сигнал;

F12-Принять сигнал управления;

F13-Преобразовать сигнал управления;

F14-Преобразовать несущий СВЧ сигнал;

F15-Передать сформированный радиосигнал в нагрузку.

Дальнейшая детализация функции, до уровня вспомогательных, осуществляется с помощью конкретных вопросов:

• можно ли выполнить полностью функцию F1i без дополнительных действий?

• Необходимо ли выполнить еще какую-либо функцию для осуществления функции F1i ?

• Что необходимо сделать , чтобы функция F1i была выполнена в полной мере?

Отвечая на эти вопросы запишем вспомогательные функции для

модулятора:

F141-Разделить несущий СВЧ сигнал на два;

F142-Развязать по СВЧ делитель и модулятор;

F143-Промодулировать каждую часть СВЧ сигнала;

F144-Развернуть по СВЧ модулятор и сумматор;

F145-Суммировать модулированные СВЧ сигналы.

4.10. Построение укрупненной функцио-нальной модели.

Укрупненную функциональную модель модулятора смотри на рис. 17.

4.11. Определение значимости функций модулятора по уровням функциональной модели.

Главная функция F1, второстепенная F2. Исходя из названия модулятора F1 > F2, строим матрицу смежности, где знаки >,=,< заменяем коэффициентами aij = 1.5; 1.0; 0.5 соответственно. (смотри таблицу 10)

При определении значимости остальных функций модулятора воспользуемся данными таблицы 6 экспертным методом оценки влияния основных функций фазового модулятора на его параметры. Результаты смотри в табл. 8

На основе эксперимента составляем систему сравнений функций по степени их влияния на параметры фазового модулятора:

• по 1-му параметру F13>F12; F12>F11; F11 = F14 = F15

• по 2-му параметру F13>F14; F14>F11; F11 = F12 = F15

• по 3-му параметру F14>F13; F13>F11; F11 = F12 = F15

• по 4-му параметру F14>F11; F11 = F15; F11>F12; F12 = F13

• по 5-му параметру F13>F11; F14>F13; F11 = F12 = F15.

На основе этих данных строим матрицу смежности по каждому из параметров. (См. табл. 12  16)

По формуле:

5 отн

Рi копии =  j Pij (12)

j=1

Определяем комплексную значимость каждой функции, где j – значимость параметра модулятора (смотри табл. 7)

PF11 = 0.2*0.16+0.3*0.16+0.2*0.16+0.1*0.21+0.2*0.16 = 0.165

PF12 = 0.172

PF13 = 0.251

PF14 = 0.247

PF15 = 0.165

Результаты расчета занесены в табл. 17. В ней определяем значение функций модулятора по следующему уровню модели, это вспомогательные функции. Результаты занесены в табл. 14.

12. Определение лимитных затрат на изделее.

Экспериментально выведено, что затраты составляют:

Smin = 1500 руб/шт

Smax = 2000 руб/шт

Sн.в. = 1700 руб/шт

Тогда предельные затраты составят:

Sпред = (Smin +4Sн.в.+Smax)/6 (13)

Подставим числа и получим:

Sпред =(1500+4*1700+2000)/6  1717 руб/шт

12. Распределение лимитных затрат по функциям изделия.

Распределение по функциям с учетом иерархии, путем уменьшения отношений значимости данной функции на допустимые затраты по всему изделию в целом. ( на Sпред)

Sпред F1 = RF1 * Sпред

Sпред F2 = RF2 * Sпред

Sпред F3 = RF3 * Sпред

Результаты занесены в табл.14

12. Поиск и оценка идей.

Методом “мозговой атаки” осуществляем поиск идей по реализации функций. Каждой идеи присваиваем свой индекс.

Оценка идей [Табл. 15].

15. Построение морфологической карты

вариантов исполнения функций мо-дулятора.

В карту заносим только те решения, которые приведены к применению в 14 пункте данной разработки, которые имеют альтернативу (см. табл. 16)

15. Оценка степени использования функций и коэффициента полезности вариантов исполнения функций.

Методом экспертизы, коэффициент полезности варианта использования функции определяется, как производная степени использования функции этим вариантом на значимость функции. Резуль-таты оценок и расчеты сведены в табл. 16.

15. Оценка полезности вариантов конструкции модулятора.

Путем комбинации позиций морфологической матрицы (см 15) получим возможные варианты конструкций для реальных функций модулятора. Так вариант 8. Каждый расценивается как сумма коэффициентов полезности вариантов исполнения функций входящих в состав каждого варианта конструкции блока. Результаты занесения в табл. 17

15. Стоимостная оценка вариантов.

Затраты на реализацию функций фазового модулятора будут склады-ваться из затрат на материалы, зарплату основных производственных рабочих и затрат по остальным калькуляционным статьям. Затраты на материалы приведены в табл. 18. Итого общая сумма затрат составляет:

Lo + Lд + Lcc + Sоб + Кц + Кз = 1346.85 (руб.)

Эта сумма постоянна для двух вариантов. Распределение ее по функциям осуществляется согласно отношений важности функций

(Табл. 14). Затраты по функциям двух вариантов сведены в табл. 19 и 21. По ним определяем и отношение абсолютного значения затрат на функции модулятора более высокого порядка. Так для 3-го варианта:

F14 = 373.95 руб.

F1 = 1189.55 руб.

F2 = 438.34 руб.

Sфи = 1687.89 руб.

Для 4-го варианта:

F14 = 373.95 руб.

F1 = 1185.15 руб.

F2 = 498.34 руб.

Sфи = 1683.49 руб.

По полученным результатам видно, что необходимые затраты не превышают предельно допустимые. Причем в 4-ом варианте они ниже, для более удобного построения функционально стоимостной диаграммы приведем отношение величин затрат на функции по вариантам в табл. 22. По данным табл. 22 строим функционально стоимостную диаграмму варианта, у которого меньше комплектовочная кратность. (Рис. 18)

19. Комплектовочная оценка вариантов использования функций.

Комплектовочная оценка вариантов использования функций модулятора осуществляется по каждому критерию качества.

1/Кi = Sфиi/Qi  min (13)

где Sфиi – затраты на реализацию i-го варианта.

Подставим в формулу 10 данные для 3-го и 4-го вариантов модулятора,

получим:

1/К3 = 1687.89 / 11.079 = 152.35

1/К4 = 1683.49 / 10.907 = 154.35

Выбираем 3-й вариант. Так как

1/К3 < 1/К4.

4.20. Заключение.

Проведенный функционально стоимостный анализ разработки конструкции фазового модулятора, позволил сделать выбор наилучшего по каждому из критериев. Однако, из функционально стоимостной диаграммы модулятора (Рис. 18) видно, что и в этой конструкции имеются зоны несоответствия затратам важным функциям модулятора. Это объясняется тем, что материальные носители, обеспечивающие реализацию функций в зоне несоответствия, определены в заданной на проект схемой электрической принципиальной. Причем эти носители не имеют аналогов по электрическим характеристикам, в них используется уникальная, дорогостоящая элементная база. Надо также отметить, что в целом по изделию функционально необходимые затраты не превышают предельно допустимых.