ID: 56421

Название работы: Разработка и исследование модели разделителя падающих и отражённых волн на основе направленного моста

Категория: Курсовая

Предметная область: Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Описание: Одними из наиболее точных приборов для измерения СВЧ трактов являются векторные анализаторы цепей (ВАЦ). Цепи, которые могут быть проанализированы с помощью ВАЦ...

Язык: Русский

Дата добавления: 2014-06-18

Размер файла: 2.79 MB

Работу скачали: 22 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT12

Оглавление

[1] Введение [2] Аналитический обзор литературы [2.1] Теоретические основы измерения комплексных коэффициентов отражения и передачи [2.2] Виды и основы работы направленных устройств [2.2.1] Использование направленных ответвителей [2.2.2] Использование направленных мостов [2.3] Принцип работы векторных анализаторов цепей [3] Расчетно-аналитическая часть [3.1] Исследование особенностей конструкции существующих экспериментальных образцов разделителей падающих и отраженных волн [3.1.1] Характеристики экспериментальных образцов [3.2] Моделирование разделителя на основе эквивалентных схем элементов [3.3] Исследование влияния паразитных параметров элементов разделителя на основные электрические характеристики модели [3.3.1] Влияние индуктивности симметрирующего трансформатора [3.3.2] Влияние паразитной индуктивности нагрузки и паразитной емкости делителя [3.3.3] Влияние паразитной емкости нагрузки и паразитной индуктивности делителя [3.3.4] Влияние заужений линий передач [3.4] Моделирование разделителя  на основе электромагнитного анализа топологии [4] Экспериментальная часть [4.1] 1 мост [4.2] 2 мост [4.3] 3 мост [5] Вопросы по охране труда и безопасности жизнедеятельности [5.1] Охрана труда на производстве. Законодательная база охраны труда [5.2] Анализ опасных и вредных производственных факторов [5.3] Требования безопасности [5.3.1] Расчет освещенности рабочего места [5.3.2] Расчет воздухообмена в помещении [5.4] Комплекс защитных мероприятий [5.5] Инструкции по технике безопасности [5.5.1] Общие положения [5.5.2] Требования безопасности перед началом работы [5.5.3] Требования безопасности во время работы с СВЧ приборами [5.5.4] Требования безопасности во время работы [5.5.5] Требования безопасности в аварийных ситуациях [5.5.6] Требования безопасности по окончанию работы [5.6] Ответственность при нарушении правил ТБ и ОТ [6] Технико-экономическое обоснование работы [6.1] Резюме проекта. [6.2] Актуальность проекта [6.3] Цель проекта [6.4] Расчет сметы затрат на НИР [6.4.1] Статья «Материалы, сырье, комплектующие» [6.4.2] Статья «Затраты на электроэнергию» [6.4.3] Статья «Заработная плата» [6.4.4] Статья «Начисление на заработную плату» [6.4.5] Статья «Спецоборудование» [6.4.6] Статья «Прочие расходы» [6.4.7] Расчет накладных расходов [7] Заключение [8] Список использованных источников

Введение

За последние 10-15 лет в области измерения параметров многополюсников на СВЧ достигнуты значительные успехи. Существенно возросла скорость и точность измерений, появилась возможность измерять такие параметры СВЧ трактов, которые ранее были недоступны для измерений. Основой этих успехов послужили разработка новых способов измерений, создание измерительной аппаратуры с использованием микропроцессоров, предназначенной для работы с ЭВМ.

Одними из наиболее точных приборов для измерения СВЧ трактов являются векторные анализаторы цепей (ВАЦ). Цепи, которые могут быть проанализированы с помощью ВАЦ, имеют широкий диапазон применений, начиная от простых устройств, таких как фильтры и усилители, и заканчивая сложными модулями, используемыми в системах телекоммуникации. Векторный анализатор цепей представляет собой одну из наиболее сложных частей многоцелевого испытательного оборудования в области высокочастотной (ВЧ) и сверхвысокочастотной (СВЧ) радиотехники. [1,2]

Целью данной работы является разработка и исследование модели разделителя падающих и отражённых волн на основе направленного моста.

1.  Аналитический обзор литературы
   1.  Теоретические основы измерения комплексных коэффициентов отражения и передачи

Различные типы СВЧ устройств можно описать с помощью падающих и отражённых волн, которые распространяются в подключенных к ним линиях передач. В этом случае одним из основных способов описания СВЧ цепей является волновая теория, которая связывает между собой падающие и отраженные волны с помощью комплексной матрицы рассеяния, что описывается обобщенным уравнением:

,                                                   (.)

где b – вектор отраженной волны;

S – матрица S-параметров N-полюсника;

a – вектор падающей волны.

В случае однопортового устройства измерение коэффициента отражения не вызывает существенных проблем.

Рисунок . – Однопортовое устройство с падающей и отраженной волнами

Рассмотрим способы измерения коэффициента отражения применительно к однопортовому устройству с двумя подводящими линиями (рис. ). Мы будем различать в подводящих линиях передачи падающие волны  и отраженные волны . Падающая волна распространяется от анализатора к испытуемому устройству. Отраженная волна распространяется в противоположном направлении: от испытуемого устройства обратно в анализатор.

Величина отраженной волны зависит от значения коэффициента отражения исследуемого устройства. Коэффициент отражения Г обычно является комплексной величиной и представляет собой отношение отраженной волны к падающей волне:

                                             (.)

Также возможно вычисление через комплексный импеданс z исследуемого устройства. При опорном (волновом) импедансе, обычно равном , безразмерный нормированный импеданс определяется формулой . Нормированный импеданс используется для определения комплексного коэффициента отражения по формуле [3]:

                                             (.)

Однако в многопортовых устройствах, кроме отражения от каждого порта, существует прохождение сигнала между портами в прямом и обратном направлениях. В случае четырехполюсника матрица S-параметров имеет вид:

,

где s11 и s22 – коэффициенты отражения входа и выхода;

s12 и s21 – комплексные коэффициенты передачи в прямом и обратном направлениях. [2]

Измерение S-параметров представляет собой достаточно трудоемкий процесс, во многом упрощающийся за счет использования автоматизированных анализаторов цепей (ААЦ), таких как: скалярные (САЦ) и векторные анализаторы цепей (ВАЦ).

Измерение значений только главной диагонали матрицы S-параметров можно провести с помощью рефлектометра.

Схема рефлектометра основана на двух встречно соединенных направленных ответвителях, использующихся для определения амплитуд падающей и отраженной волн. Если направленные ответвители являются электрически идеальными, то по амплитуде отраженной и падающей волн можно непосредственно определить модуль коэффициента отражения.

Принципиально, так же как и практически, это наиболее простой путь измерения коэффициента отражения. Устройством, использующим этот способ, является рефлектометр, показанный на рис.  (1 – аттенюатор, 2 – направленный ответвитель падающей волны, 3,4 – индикаторное устройство, 5 – направленный ответвитель отраженной волны, 6 – измеряемое полное сопротивление).

Рисунок . – Рефлектометр

1.  Виды и основы работы направленных устройств

Рассмотрим принципы работы направленных устройств, использующихся для выделения падающих и отраженных волн.

В общем случае НУ можно представить как трехпортовое устройство. На рис.  показаны два основных сигнальных направления устройства. Волна , создаваемая генератором, направляется на порт 1 с коэффициентом передачи s21, и после отражения от этого порта возвращается как волна. В случае однопортового испытуемого устройства (ИУ) волна возникает  из–за отражения падающей волны  с коэффициентом отражения :

                                        (.)

Относительно ИУ волна  соответствует падающей волне, а волна  соответствует отражённой волне. Поэтому формула (1.4) может быть переписана через величины  и  в виде:

                                       (.)

Рисунок . – Измерительная цепь с направленным устройством

Волна  ответвляется на порт 3 с коэффициентом ответвления s32. К этому порту подключен измерительный приемник. Существует альтернативный путь сигнала из порта 1 в порт 3. Просачивание сигнала по этому пути создает помеху измерениям, что является нежелательным. Поэтому на практике в направленном устройстве необходимо обеспечить как можно более высокую изоляцию портов 1 и 3 (развязку), при которой в идеале .

Еще необходимо не забывать о нежелательном обратном отражении от порта 2 в направлении к ИУ. В идеале хотелось бы, чтобы это отражение отсутствовало. Если, при справедливости перечисленных выше предположений об идеальности выделяющего элемента, еще обеспечить постоянство волны генератора, то волновая величина  будет прямо пропорциональной коэффициенту отражения  от ИУ. Разумеется, в реальности предположения об идеальности выделяющего элемента не справедливы.

Направленное устройство обычно строится на основе направленного ответвителя или моста. Принципы работы этих устройств будут рассмотрены ниже.

1.  Использование направленных ответвителей

Направленные ответвители предназначены для направленного отбора мощности из основного (первичного) канала (линии) во вспомогательный (вторичный) канал (линию). В зависимости от расположения выходного плеча вспомогательного канала по отношению к входному плечу основного канала НО могут быть противонаправленными (рис. , а) и сонаправленными (рис. , б). Разделение линий на первичную и вторичную условно и используется для упрощения описания процессов, происходящих в НО.

Чаще всего, НО это четырехпортовое устройство, обычно с нагрузкой на четвертом порте, но на практике элемент нагрузки почти всегда жестко закреплен и не может быть снят.

Рисунок . – Разновидности направленных ответвителей:

а) противонаправленный, б) сонаправленный.

Направленный ответвитель имеет четыре основные характеристики (на примере рис. , а): вносимые потери (s23, дБ), ответвление (s21, дБ), развязка (s13, дБ) и направленность (D). Фактически, направленность зависит от трех других параметров и определяется соотношением:

                                            (.)

Фактически, лучше всего определять направленность как способность энергии на ответвленном порте отражать изменения коэффициента отражения на тестовом порте. [5]

В идеальном случае, НО может быть описан волновой матрицей рассеяния:

Элементы, стоящие на главной диагонали, имеют смысл коэффициентов отражения по напряжению от соответствующих входов, а вне ее – коэффициентов передачи между двумя входами. При этом все остальные входы, кроме одного, на котором измеряется напряжение, предполагаются согласованными. В случае полного согласования всех входов в матрице рассеяния элементы главной диагонали будут равны нулю:

Если предположить полную развязку соответствующих входов, то дополнительно должны также выполняться соотношения:

В реальных устройствах, работающих в полосе частот, приведенные соотношения, естественно, не выполняются. Поэтому развязка имеет конечное значение, т.е. в развязанный порт поступает некоторая, хотя и весьма незначительная, часть входной мощности. Это может быть связано с несколькими причинами:

1.  наличие тепловых потерь в проводниках и диэлектрике, хотя на практике этими потерями часто можно пренебречь;
2.  неидеальность согласования входов НО, которая особенно проявляется при работе в широкой полосе.

Направленные ответвители могут реализовываться как на распределенных, так и на комбинированных элементах. [1]

Большинство ответвителей имеют структуру практически без потерь, так что направленность практически определяется выражением (для s13 и s21 в разах), но для структур с потерями, таких как направленные мосты, определение выше обеспечивает надлежащее описание. [5]

Рисунок . – Направленные ответвители

1.  Использование направленных мостов

Направленный мост необходим для выделения падающих и отраженных волн и может являться составной частью векторного анализатора цепей. Направленный мост может быть построен на основе комбинации сосредоточенных и распределенных элементов. Это делает выгодным его применение по сравнению с направленным ответвителем на связанных линиях, если необходимо включить область рабочих частот ниже 500 МГц

Мост для измерения КСВН состоит из резисторов R1, R2 и импеданса Z0 (рис. ). Однако здесь не предусматривается, как в обычных мостах, регулировка на нуль диагонального напряжения (Vab – напряжение измерительной диагонали).

Если отношение сопротивлений  равно отношению сопротивлений , то разность потенциалов между точками AB будет равна нулю и ток между ними не будет протекать, т.е. мост будет сбалансирован, и тогда выполняется условие R1Zx =R2Z0. Если Zx будет отличаться от сопротивления, при котором мост сбалансирован, то в диагонали АВ возникнет разность потенциалов, характеризующая это отличие.

Рисунок . – Варианты изображения схемы КСВН моста

На СВЧ схема, приведенная на рис. , представляет собой восьмиполюсник или направленный ответвитель, у которого диагональ питания CD есть входной порт (номер 1), плечо BD –тестовый порт (номер 2), плечо AD –нагрузочный порт (номер 4), а диагональ AB –измерительный порт (номер 3). То есть сопротивление Z0 в плече AD будет равно волновому сопротивлению портов, а как следствие, и волновому сопротивлению генератора. Тогда с помощью сопротивлений R2, R1 из условия балансировки моста можно устанавливать необходимый коэффициент деления мощности между выходным и измерительным портами. В случае, когда R1=R2, мощность будет делиться между ними в отношении 1:1.

Рассогласование измерительного порта может быть найдено по следующей формуле:

                                    (.)

Для достижения идеального согласования измерительного порта , необходимо выполнение условия:

                                            (.)                  

При выполнении этого условия, элементы S-матрицы КСВН моста даются формулами:

                                           (.)

                                           (.)

Из-за неизбежных механических и электрических неточностей условие S31=0 не может быть выполнено точно. Это приводит к необходимости учета поправки на направленность |D| > 0.

Недостаток схемы на рис.  заключается в том, что по принципу действия диагональ моста, с которой снимается сигнал (АВ), не может быть заземлена, так как нарушается баланс моста. В то же время преобразующее устройство (детекторная или смесительная головка) обязательно имеет заземленный проводник. С помощью симметрирующего трансформатора (рис.) симметричное диагональное напряжение может быть преобразовано в несимметричное, т.е. в потенциал относительно земли. Симметрирующий трансформатор, обеспечивающий переход от симметрично возбужденной диагонали к несимметричной коаксиальной линии, в значительной степени определяет диапазонные свойства моста.

Существуют симметрирующие трансформаторы на распределённых и на сосредоточенных параметрах. Конструкция симметрирующего трансформатора на сосредоточенных параметрах представляет собой две катушки, каркасом для которых служит ферритовый сердечник. Конструкция симметрирующего трансформатора на распределённых параметрах представляет собой коаксиальный кабель с надетыми на внешний проводник ферритовыми кольцами. Известная нам максимальная рабочая частота трансформаторов на сосредоточенных параметрах не превышает 3 ГГц. В основном это связано с полосой рабочих частот ферритового сердечника. [6]

Рисунок . – КСВН мост с отводом выходного напряжения

через трансформатор

Физически направленный мост объединяет в себе такие устройства, как измерительный мост с высокой направленностью, основной частью которого является делитель, находящийся между точками 1,2 и 3 (резисторы R1 и R2), симметрирующий трансформатор (Тр1) и эталонную прецизионную нагрузку (Z0). [1,3]

1.  Принцип работы векторных анализаторов цепей

Скалярные анализаторы цепей являются наиболее распространенными приборами для проведения измерений «воздействие-отклик». Функциональные возможности САЦ (на примере продукции компании Agilent) включают:

1.  широкий диапазон частот: от 10 МГц до 110 ГГц (в зависимости от используемого детектора);
2.  высокая скорость развертки: от 40 мс до 400 мс на развертку;
3.  несколько входных портов позволяют проводить одновременное измерение параметров передачи и отражения, исключая необходимость перекалибровки и реконфигурирования прибора;
4.  сравнительно невысокая стоимость по сравнению с ВАЦ. [4]

Однако, по сравнению с ВАЦ, САЦ имеют ряд недостатков, снижающих их возможности при анализе СВЧ устройств:

1.  использование амплитудного детектора не дает полного представления о состоянии фазы сигнала, что приводит к образованию неопределенности измерений;
2.  САЦ измеряет только разницу в амплитудах между волновыми величинами.

Векторный анализатор цепей, в отличие от скалярного анализатора, измеряет не только амплитуды, но и фазы волновых величин, что позволяет получить более точные значения комплексных S-параметров. Также векторные анализаторы имеют следующие преимущества:

1.  только векторный анализатор цепей может выполнять полную коррекцию систематических ошибок измерительной системы. Такая коррекция компенсирует систематические аппаратурные ошибки измерительных приборов с максимально возможной точностью.
2.  Только векторные измерительные данные могут быть недвусмысленно трансформированы во временную область. Это открывает много возможностей для интерпретации и для дальнейшей обработки данных.
3.  Удаление и внедрение виртуальных цепей  является специальной техникой обработки данных. С помощью данной техники возможно математически рассчитать испытательные приспособления на основе измерительных данных, либо математически учитывать при условии их физического отсутствия. Обе эти возможности могут быть реализованы только при наличии векторных измерительных данных.
4.  Для представления результатов измерений на диаграмме Смита необходимо иметь коэффициенты отражения в векторной форме.

Структурная схема измерительного блока двухпортового векторного анализатора цепей представлена на рис. .

Рисунок . – Структурная схема измерительного блока ВАЦ

Функциональные возможности ВАЦ:

1.  Широкий диапазон рабочих частот;
2.  Широкий динамический диапазон системы;
3.  Векторные калибровки с механическими эталонами или электронным калибратором;
4.  Измерение полной матрицы S-параметров;
5.  Измерение параметров частотно-преобразующих устройств;
6.  Измерение интермодуляционных составляющих;
7.  Возможность сканирования как по частоте, так и по мощности зондирующего сигнала;
8.  Импульсные измерения;
9.  Математическое встраивание и исключение цепей;
10.  Анализ и фильтрация во временной области;
11.  Антенные измерения.

Изображённая на рис.  структурная схема измерительного блока ВАЦ, работает следующим образом. Зондирующий сигнал вырабатывается панорамным (по частоте) генератором, в качестве которого чаще всего выступает синтезатор частот. В положении переключателя, как изображено на рисунке, зондирующий сигнал с эталонного порта направленного устройства (НУ-1) поступает на векторный вольтметр (ВВ-1) и на первый порт испытываемого устройства (ИУ). Отраженный от ИУ сигнал b1, несущий информацию о коэффициенте отражения первого порта ИУ (о параметре s11), поступает на НУ-1 и через его ответвлённый порт – на ВВ-1. Прошедший через ИУ сигнал, несущий информацию о коэффициентах передачи ИУ (о параметре s21), поступает на НУ-2 и через его ответвленный порт на приемник отраженного сигнала b2 – ВВ-2. После этого сигналы с обоих векторных вольтметров подаются на ПК для дальнейшей обработки. Для оставшихся  положений переключателя ситуация будет аналогичной. [1]

1.  Расчетно-аналитическая часть
   1.  Исследование особенностей конструкции существующих экспериментальных образцов разделителей падающих и отраженных волн

Модель разделителя падающих и отраженных волн строилась на основе уже существующих экспериментальных образцов, работающих в диапазоне от 300 кГц до 13.5 ГГц (рис. ).

Рисунок . – Тестовый образец направленного моста

Плата моста изготовлена из СВЧ материала Rogers4350B с диэлектрической проницаемостью ℰ=3,66 и толщиной 0,254 мм, нанесенного на стеклотекстолит для повышения механической прочности изделия. Общая толщина печатной платы составляет 1.644 мм.

В качестве линии передачи на печатной плате используется частично экранированная копланарная линия. С помощью отверстий по краям линий передач экранирующая металлизация и части копланарных линий соединяются между собой для обеспечения заземления сосредоточенных элементов моста.

В качестве коаксиальных соединителей используются разъемы Johnson типа SMA 142-0761-861.

В качестве трансформатора с распределенными параметрами используется коаксиальный кабель производства HUBER+SUHNER EZ_47_TP_M17 с надетыми на него ферритовыми шайбами.

Параметры коаксиального кабеля:

1.  центральный проводник – медь с серебряным напылением;
2.  диэлектрик – политетрафторэтилен;
3.  внешний проводник – медь;
4.  импеданс – 50 Ом;
5.  максимальная рабочая частота – 107 ГГц;
6.  погонная емкость – 105 пФ/м
7.  сопротивление изоляции – 108 Мом;

Длина кабеля выбрана из конструктивных соображений и составляет 35 мм.

В качестве сопротивлений делителя используются чип-резисторы типоразмера 0402 номиналами 49.9 Ом и 270 Ом.

Эталонная нагрузка выполнена из шести чип-резисторов типоразмера 0603 номиналами 62 Ом соединенных параллельно и имеет общее сопротивление Z0= 10.33 Ом.

1.  Характеристики экспериментальных образцов

Измерение электрических характеристик экспериментальных образцов проводилось с использованием следующих приборов:

1.  в полосе частот от 300 кГц до 3,2 ГГц – ВАЦ Obzor 304/1;
2.  в полосе частот от 10 МГц до 13,5 ГГц – САЦ Р2М-40.

Ниже приведены частотные зависимости электрических характеристик для двух тестовых образцов направленного моста, в соответствие к которым будут приводиться характеристики разрабатываемой модели (рис.  – ).

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения первого порта экспериментальных образцов

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения второго порта экспериментальных образцов

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения третьего порта экспериментальных образцов

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов ответвления экспериментальных образцов

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов передачи экспериментальных образцов

Рисунок . – Частотные зависимости развязки экспериментальных образцов

Рисунок . – Частотные зависимости направленности экспериментальных образцов

Исходя из приведенных выше электрических параметров экспериментальных образцов, в процессе моделирования необходимо получить частотные зависимости характеристик, которые должны иметь следующую неравномерность: для коэффициента ответвления – минус 3 дБ, для коэффициента передачи – минус 2,5 дБ. Частотные зависимости коэффициентов отражения портов во всей полосе частот должны быть ниже уровня в минус 15 дБ. Частотная зависимость направленности во всей полосе частот должна быть не ниже уровня в 20 дБ.

Сравнительные графики частотных зависимостей (рис.  – ) в полосе частот от 300 кГц до 100 МГц приведены ниже.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения первого экспериментального образца

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения второго экспериментального образца

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Полученные частотные зависимости удовлетворяют требованиям ТЗ только на частотах свыше 1 МГц.

1.  Моделирование разделителя на основе эквивалентных схем элементов

Для приближения электрических характеристик модели направленного моста к электрическим характеристикам тестового образца было решено ввести в нее эквивалентные схемы элементов, использующихся в конструкции моста. Основными элементами являются чип-резисторы (рис. ) двух типоразмеров (0402 и 0603).

На основе конструкции используемых чип-резисторов была составлена эквивалентная схема, учитывающая их паразитные параметры (рис. ). [7]

Рисунок . – Габаритные размеры чип-резистора

Рисунок . – Эквивалентная схема резистора с учётом паразитных параметров

Ниже приведены выражения для определения паразитных параметров резисторов в соответствии со схемой на рисунке рис. .

,                        (.)

где    Lr – длина резистивного слоя;

 wr – ширина резистивного слоя.

,                                              (.)

где     – диэлектрическая проницаемость материала подложки платы;

 – эффективная ширина;

 – толщина платы подложки.

,                                                  (.)

где  – диэлектрическая проницаемость материала подложки резистора;

 w – ширина резистора;

 h – толщина резистора;

 l – длина резистора.

Для резисторов типоразмера 0402 были взяты следующие параметры:

1.  длина – 1 мм;
2.  площадь резистивного слоя – 0.22710 мм;
3.  ширина резистивного слоя – 0.38 мм;
4.  длина резистивного слоя – 0.6 мм;
5.  толщина резистора – 0.254 мм;
6.  диэлектрическая проницаемость подложки резистора – 9.8;
7.  диэлектрическая проницаемость подложки платы – 3.66.

Для резисторов типоразмера 0603 были взяты следующие параметры:

1.  длина – 1.5 мм;
2.  площадь резистивного слоя – 0.52645 мм;
3.  ширина резистивного слоя – 0.554 мм;
4.  длина резистивного слоя – 0.95 мм;
5.  толщина резистора – 0.254 мм;
6.  диэлектрическая проницаемость подложки резистора – 9.8;
7.  диэлектрическая проницаемость подложки платы – 3.66.

С помощью формул 2.1 – 2.3 были рассчитаны значения паразитных параметров резисторов:

для 0402:   ;

 ;

 ;

Для 0603:   ;

 ;

    ;

Полученные при расчете паразитных параметров значения  были использованы в модели в качестве начальных параметров модели.

Были составлены две модели направленного моста:

1.   включающая в себя только резисторы с учетом их паразитных параметров и трансформатор на основе коаксиальной линии;
2.   дополнительно включающая в себя модели коаксиальных разъемов для более полного учета потерь мощности при распространении сигнала.

Эквивалентная схема моста с учётом паразитных параметров резисторов без учета коаксиальных разъемов изображена на рис. .

Рисунок . – Эквивалентная схема направленного моста с учетом паразитных параметров

Полученные результаты моделирования для эквивалентной схемы приведены на рисунках – . 

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения портов схемы без коаксиальных разъемов

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента передачи схемы без коаксиальных разъемов

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента ответвления схемы без коаксиальных разъемов

Рисунок . – Частотная зависимость развязки схемы без коаксиальных разъемов

Полученные при моделировании частотные зависимости коэффициентов отражения портов отличаются от измеренных у экспериментального образца в среднем на 10 дБ.

Частотные зависимости коэффициентов передачи и ответвления повторяют измеренные у экспериментальных образцов, однако отличаются меньшей неравномерностью.

Частотная зависимость развязки не совпадает с измеренной.

Для уточнения схемы было решено добавить в нее модель SMA-разъема, использующегося в конструкции моста (рис. ).

Рисунок . – Чертеж смоделированного SMA-разъема

Так же для приближенного описания заужений линий передач в отдельных местах топологии направленного моста (рис. ) были добавлены индуктивности L10 и L11.

Рисунок . – Заужения линий передач

Эквивалентная схема моста с учётом паразитных параметров резисторов и коаксиальных разъемов изображена на рис. .

Рисунок . – Эквивалентная схема моста с учетом паразитных параметров и коаксиальных разъемов

Полученные при моделировании схемы направленного моста частотные зависимости характеристик изображены на рис.  – .

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения первого порта схемы с коаксиальными разъемами

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения второго порта схемы с коаксиальными разъемами

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения третьего порта схемы с коаксиальными разъемами

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов передачи

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Рисунок . – Частотные зависимости направленности

Из полученных частотных зависимостей можно сделать вывод о том, что:

1.   после введения коаксиальных разъемов в модель частотные зависимости коэффициентов отражения второго и третьего портов ухудшились в среднем на 5-10 дБ из-за рассогласования, вносимого коаксиальными разъемами;
2.  неравномерность частотной зависимости коэффициента ответвления ухудшилась (по сравнению с моделью без учета коаксиальных разъемов) и приобрела большее отличие от экспериментальной;
3.  неравномерность частотной зависимости коэффициента передачи по-прежнему отличается от экспериментальной;
4.  частотная зависимость развязки ухудшилась и по-прежнему отличается от экспериментальной;
5.  частотная зависимость направленности ухудшилась и отличается от экспериментально полученной.

Основное влияние оказывают паразитные параметры резисторов, так как с увеличением частоты изменяется сопротивление паразитных емкостей и индуктивности, включенных в одну цепь с идеальным резистором, что влечет за собой уменьшение общего сопротивления цепи и, следовательно, нарушение условия баланса моста. Так же ухудшение неравномерности коэффициента ответвления, коэффициентов отражения второго и третьего портов и общего уровня развязки в области высоких частот вызвано вносимым рассогласованием коаксиальных разъемов и потерями в линии передачи.

Так как формулы  –  частотнонезависимы и не позволяют оценить величину неравномерности коэффициентов передачи и ответвления при изменении частоты теоретически, то на основе метода узловых потенциалов было получено выражение для определения эквивалентного сопротивления резистора с учетом его паразитных параметров:

(.)

Подставляя выражение  в формулы  – , можно получить расчетные значения неравномерности:

1.  для коэффициента передачи – 1 дБ;
2.  для коэффициента ответвления – 3,4 дБ.

Рассчитанные величины неравномерности коэффициентов ответвления и передачи соответствуют неравномерности, полученной при моделировании эквивалентной схемы моста с идеальным трансформатором, не учитывающим потери в коаксиальной линии.

1.  Исследование влияния паразитных параметров элементов разделителя на основные электрические характеристики модели

Изменение паразитных параметров элементов схемы моста может привести к значительному изменению основных электрических характеристик схемы. Это происходит из-за нарушения условия баланса моста при изменении частоты, так как сопротивления паразитных параметров элементов моста частотно-зависимы и влияют на общее сопротивление элементов.

Изменять возможно только паразитную емкость (Cр) резистора, увеличивая ее, путём экранирования. В этом случае появляется дополнительная емкость Сэ, включенная параллельно емкости Сp (рис. ). Так как изменять паразитную индуктивность (Ls) и емкость (Сs) резисторов невозможно, то в модели использованы рассчитанные величины (, ) и данные от производителя с учетом возможного колебания значений. [8]

Рисунок . – Эквивалентная схема резистора с учётом паразитных параметров и емкости экрана

Исходя из того, что во всем диапазоне рабочих частот необходимо выполнение условия баланса моста, то паразитные индуктивности (L3 – L8) и емкости (C8, C9, C11, C12, C14, C15, C17, C18, C20, C21, C23, C24) резисторов эталонной нагрузки, резистора делителя R2, искусственно созданная емкость (С25) и индуктивность (L9) трансформатора (рис. ) и индуктивность, образующаяся при сужении линии передачи на печатной плате, могут оказывать наибольшее влияние на основные электрические характеристики моста.

1.  Влияние индуктивности симметрирующего трансформатора

В экспериментальном образце на внешний проводник кабеля установлен ряд ферритовых шайб со следующими параметрами:

1.  Типоразмер К; 3,5х1,78х1,78 мм;
2.  Материал H10K с начальной магнитной проницаемостью µ=10000.[9]

На эквивалентной схеме (рис. ) ферритовые шайбы представляют собой индуктивность L9, которая подключена параллельно к внешнему проводнику коаксиального кабеля. На рисунках  –  приведены частотные зависимости электрических характеристик модели направленного моста при различных значениях индуктивности L9:

1.  100 нГн;
2.  8,9 мкГн.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Исходя из полученных частотных зависимостей, можно сделать вывод о том, что:

1.  увеличение паразитной индуктивности трансформатора приводит к значительному уменьшению неравномерности коэффициентов передачи и ответвления в полосе частот от 300 кГц до 50 Мгц;
2.  наибольшее влияние индуктивность L9 оказывает на развязку:
3.  при значении индуктивности 100 нГн необходимый уровень развязки не достигается;
4.  при значении номинала индуктивности 8,9 мкГн необходимый уровень развязки достигается уже на частотах выше 2 МГц.
   1.  Влияние паразитной индуктивности нагрузки и паразитной емкости делителя

Значения номиналов паразитных индуктивностей (Ls) резисторов эталонной нагрузки могут значительно отличаться от значений, при которых выполняется условие баланса. В этом случае необходимо проводить компенсацию их влияния на получаемые частотные зависимости характеристик путем изменения величины паразитной емкости резистора делителя R2.

На рисунках  –  приведены полученные электрические характеристики при разных значениях паразитных индуктивностей резисторов нагрузки Ln (L3 – L8) и емкости резистора делителя R2 Cd (С2). Величина паразитной емкости резисторов нагрузки составляет Cn=0,04699 пФ; паразитной индуктивности резистора делителя составляет Ld=0,1346 нГн и не изменяется.

Были использованы следующие значения паразитных параметров:

1.  Ln=0,4 нГн, Cd=0,02587 пФ;
2.  Ln=0,56 нГн, Cd=0,02667 пФ;
3.  Ln=0,686 нГн, Cd=0,02827 пФ;
4.  Ln=0,286 нГн, Cd=0,03267 пФ;
5.  Ln=0,486 нГн, Cd=0,02787 пФ – начальные значения.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Исходя из полученных частотных зависимостей, можно сделать вывод, о том что:

1.  незначительное уменьшение паразитной индуктивности нагрузки приводит к уменьшению неравномерности коэффициентов передачи и ответвления, однако ухудшает развязку; дополнительная коррекция паразитной емкостью резистора делителя уменьшает неравномерность коэффициентов передачи и ответвления и улучшает развязку;
2.  незначительное увеличение паразитной индуктивности нагрузки увеличивает неравномерность коэффициентов передачи и ответвления и ухудшает развязку; коррекция паразитной емкостью приводит к уменьшению неравномерности коэффициентов передачи и ответвления, однако практически не влияет на развязку;
3.  резкое увеличение паразитной индуктивности приводит к значительному увеличению неравномерности коэффициентов передачи и ответвления и ухудшению развязки; коррекция паразитной емкостью практически не оказывает влияния на исследуемые характеристики;
4.  резкое уменьшение паразитной индуктивности приводит к незначительному уменьшению неравномерности коэффициента передачи, значительному уменьшению неравномерности коэффициента ответвления и ухудшению развязки; коррекция паразитной емкостью приводит к увеличению неравномерности коэффициентов ответвления и передачи и не влияет на развязку.

В случае, когда изменение паразитной индуктивности резисторов эталонной нагрузки не может быть компенсировано изменением паразитной емкости резистора делителя R2, компенсация возможна изменением емкости симметрирующего трансформатора С25 (рис. ).

Были использованы следующие значения паразитных параметров:

1.  Ln=0,686 нГн, Cd=0,02827 пФ, C25=0,165 пФ;
2.  Ln=0,286 нГн, Cd=0,03267 пФ, C25=0,0315 пФ;
3.  Ln=0,686 нГн, Cd=0,02827 пФ (используется для сравнения);
4.  Ln=0,286 нГн, Cd=0,03267 пФ (используется для сравнения).

На рисунках  –  представлены сравнительные графики полученных электрических характеристик.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Исходя из полученных частотных зависимостей, можно сделать вывод о том, что применение емкости С25 для дополнительной компенсации практически не оказывает влияния на неравномерность коэффициентов передачи и ответвления, но позволяет получить незначительное улучшение развязки для случаев резкого уменьшения и увеличения паразитной индуктивности, однако необходимый уровень развязки не достигается.

1.  Влияние паразитной емкости нагрузки и паразитной индуктивности делителя

Рассмотрим случай, противоположный разобранному в п.. Рассматриваться будет влияние на электрические характеристики схемы паразитной индуктивности L2 резистора делителя и его компенсация паразитной емкостью резисторов нагрузки.

На рисунках  –  приведены полученные частотные зависимости электрических характеристик при разных значениях паразитной индуктивности резистора делителя Ld (L2) и емкостей резисторов эталонной нагрузки Cn (C8, C9, C11, C12, C14, C15, C17, C18, C20, C21, C23, C24). Величина паразитной емкости резистора делителя составляет Cd=0,02787 пФ; паразитной индуктивности резисторов нагрузки составляет Ld=0,486 нГн и не изменяется.

Были использованы следующие значения паразитных параметров:

1.  Ld=0,1 нГн, Cn=0,04559 пФ;
   1.  Ld=0,2686 нГн, Cn=0,057 пФ;
   2.  Ld=0,04 нГн, Cn= 0,04419пФ;
   3.  Ld=0,636 нГн, Cn=0,077 пФ;
   4.  Ld=0,1346 нГн, Cn=0,04699 пФ – начальные значения.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

 

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Исходя из полученных частотных зависимостей коэффициентов передачи и ответвления, можно сделать вывод, о том что:

1.  незначительное уменьшение паразитной индуктивности резистора делителя практически не оказывает влияния на частотные зависимости коэффициентов передачи и ответвления и незначительно улучшает развязку; дополнительная коррекция изменением паразитной емкости резисторов эталонной нагрузки не оказывает влияния на частотные зависимости коэффициентов передачи и ответвления и улучшает развязку;
2.  увеличение индуктивности почти в два раза, по сравнению с номинальной, приводит к незначительному уменьшению неравномерности частотных зависимостей передачи и ответвления и ухудшению развязки; коррекция паразитной емкостью не оказывает влияния на неравномерность коэффициентов передачи и ответвления, однако значительно улучшает развязку;
3.  значительное уменьшение паразитной индуктивности резистора делителя практически не оказывает влияния на частотные зависимости коэффициентов передачи и ответвления и незначительно ухудшает развязку; дополнительная коррекция изменением паразитной емкости резисторов эталонной нагрузки не оказывает влияния на частотные зависимости коэффициентов передачи и ответвления и улучшает развязку;
4.  значительное увеличение индуктивности, по сравнению с номинальным значением, приводит к уменьшению неравномерности частотных зависимостей коэффициентов передачи и ответвления и ухудшению развязки; коррекция паразитной емкостью нагрузки уменьшает неравномерность коэффициентов передачи и ответвления и позволяет добиться приемлемого уровня развязки.

В случае, когда изменение паразитной индуктивности резистора делителя R2 не может быть компенсировано изменением паразитных емкостей резисторов эталонной нагрузки, компенсация возможна изменением емкости симметрирующего трансформатора С25 (рис. ).

Были использованы следующие значения паразитных параметров:

1.  Ld=0.2686 нГн, Cn=0.057 пФ, C25=0,074 пФ;
2.  Ld=0.636 нГн, Cn=0.077 пФ, C25=0,02125 пФ;
3.  Ld=0.2686 нГн, Cn=0.057 пФ – используется для сравнения;
4.  Ld=0.636 нГн, Cn=0.077 пФ – используется для сравнения.

На рисунках  –  представлены сравнительные графики полученных электрических характеристик.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Исходя из полученных частотных зависимостей развязки, можно сделать вывод о том что:

1.  дополнительная компенсация с помощью емкости C25 приводит к незначительным изменениям неравномерности коэффициентов передачи и ответвления;
2.  незначительное увеличение паразитной индуктивности L2 резистора делителя R2 может быть компенсировано емкостью С25, что позволяет получить требуемый уровень развязки;
3.  значительно увеличенное значение паразитной индуктивности также может быть компенсировано емкостью C25, что приводит к улучшению развязки в области высоких частот и позволяет привести ее к требуемому уровню.
   1.  Влияние заужений линий передач

Индуктивности L10 и L11 используются в эквивалентной схеме для описания сужений линий передачи на печатной плате. На рисунках  –  изображены электрические характеристики, полученные при различных значениях индуктивности L10:

1.  L10=0,142 нГн;
2.  L10=0,01 нГн;
3.  L10=0,0277 нГн – номинальные значения.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента отражения первого порта

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Из полученных частотных зависимостей коэффициента отражения первого порта и развязки можно сделать вывод о том, что:

1.  значительное увеличение индуктивности L10 приводит к улучшению развязки и значительному ухудшению коэффициента отражения первого порта;
2.  значительное уменьшение индуктивности приводит к улучшению развязки и незначительному улучшению коэффициента отражения первого порта.

На рисунках  –  изображены электрические характеристики, полученные при различных значениях индуктивности L11:

1.  L11=1,3 нГн;
2.  L11=0,7 нГн;
3.  L11=1 нГн – номинальное значение;

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента отражения первого порта

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Из полученных частотных зависимостей можно сделать вывод о том, что:

1.  любое изменение величины номинала индуктивности L11 приводит к ухудшению общего уровня коэффициента отражения от первого порта;
2.  увеличение индуктивности приводит к увеличению неравномерности коэффициентов передачи и ответвления и значительному ухудшению развязки;
3.  уменьшенная индуктивность приводит к уменьшению неравномерности коэффициентов передачи и ответвления, однако приводит развязку к минимально допустимому уровню;
4.  уменьшением величины паразитной индуктивности можно добиться соблюдения условий ТЗ.

На рисунках  –  приведены частотные зависимости электрических характеристик настроенной модели направленного моста.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения портов модели

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента передачи

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотная зависимость развязки

Рисунок . – Частотная зависимость направленности настроенной модели

Полученная частотная зависимость направленности настроенной модели повторяет полученные при исследовании экспериментальных образцов зависимости (рис. ).

Электрические характеристики полученной в ходе работы модели направленного моста соответствуют значениям, заданным в ТЗ.

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициентов отражения портов

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента передачи

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотная зависимость развязки

Полученные частотные зависимости электрических характеристик незначительно отличаются по неравномерности от снятых с экспериментальных образцов (рис.  – ).

Рисунок . – Частотная зависимость направленности

Из полученной частотной зависимости можно сделать вывод, что необходимый уровень направленности достигается только на частотах свыше 1 МГц

Для более полного учета влияния топологии делителя на электрические характеристики направленного моста необходимо применить электромагнитное моделирование.

1.  Моделирование разделителя  на основе электромагнитного анализа топологии

Модель, основанная на эквивалентных схемах, не позволяет полностью учесть особенности топологии разделителя падающих и отраженных волн. Также в ней используются рассчитанные величины паразитных параметров, которые могут значительно отличаться от реальных значений. Исходя из этого, было решено провести электромагнитное моделирование топологии делителя, с целью создания более точной модели разделителя и изучения способов упрощения его настройки.

В процессе электромагнитного моделирования топологии делителя были созданы:

1.  модель подложки платы моста с использованием параметров материалов подложки (рис. );
2.  топология, соответствующая используемой в тестовых образцах (рис.);

Рисунок . – Модель структуры подложки платы разделителя

Рисунок . –  Модель топологии делителя

Полученные в процессе моделирования частотные зависимости электрических характеристик приведены на рис.  – .

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента отражения первого порта

Рисунок . - Частотные зависимости коэффициента отражения второго порта

Рисунок . - Частотные зависимости коэффициента отражения третьего порта

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента передачи

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотные зависимости развязки

Рисунок . – Частотные зависимости направленности

Исходя из полученных частотных зависимостей, можно сделать вывод о том, что:

1.  частотные зависимости коэффициентов отражения портов модели удовлетворяют значению, заданному в ТЗ;
2.  частотная зависимость коэффициента передачи модели повторяет зависимости, полученные у экспериментальных образцов; величина его неравномерности составляет 2 дБ, что удовлетворяет значению, заданному в ТЗ;
3.  частотная зависимость коэффициента ответвления отличается по уровню от экспериментальных образцов в среднем на 1 дБ; в полосе частот от 300 кГц до 13,5 ГГц его неравномерность принимает значение, равное 3,2 дБ, что незначительно отличается от  условий, заданных в ТЗ;
4.  частотная зависимость направленности модели удовлетворяет ТЗ во всей полосе частот;

Исходя из этого, можно сделать вывод: электромагнитная модель делителя отображает поведение экспериментального образца, что позволяет использовать ее для определения зависимостей основных характеристик разделителя от паразитных параметров элементов, использующихся в конструкции.

1.  Экспериментальная часть
   1.  1 мост

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента отражения

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента передачи

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотная зависимость развязки

Рисунок . – Частотная зависимость направленности

1.  2 мост

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента отражения

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента передачи

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотная зависимость развязки

Рисунок . – Частотная зависимость направленности

1.  3 мост

Рисунок . – Частотные зависимости коэффициента отражения

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента передачи

Рисунок . – Частотная зависимость коэффициента ответвления

Рисунок . – Частотная зависимость развязки

Рисунок . – Частотная зависимость направленности

1.  Вопросы по охране труда и безопасности жизнедеятельности
   1.  Охрана труда на производстве. Законодательная база охраны труда

Организация охраны труда на производстве проводится в соответствии с государственными стандартами и постановлениями. Руководство организации, несущее ответственность за охрану труда, должно обеспечивать управление охраной труда в соответствии с:

1.  ГОСТ 12.0.230-2007 "Система стандартов безопасности труда. Системы управления охраной труда. Общие требования";
2.   Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р12.0.009-2009 "Система стандартов безопасности труда. Система управления охраной труда на малых предприятиях. Требования и рекомендации по применению" (утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 августа 2009 г. N 283-ст).

В соответствии со статьей 219 Трудового кодекса РФ каждый работник имеет право на:

1.  рабочее место, соответствующее требованиям охраны труда;
2.  обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний в соответствии с федеральным законом;
3.  получение достоверной информации от работодателя, соответствующих государственных органов и общественных организаций об условиях и охране труда на рабочем месте, о существующем риске повреждения здоровья, а также о мерах по защите от воздействия вредных и (или) опасных производственных факторов;
4.  отказ от выполнения работ в случае возникновения опасности для его жизни и здоровья вследствие нарушения требований охраны труда, за исключением случаев, предусмотренных федеральными законами, до устранения такой опасности;
5.  обеспечение средствами индивидуальной и коллективной защиты в соответствии с требованиями охраны труда за счет средств работодателя;
6.  обучение безопасным методам и приемам труда за счет средств работодателя;
7.  профессиональную переподготовку за счет средств работодателя в случае ликвидации рабочего места вследствие нарушения требований охраны труда;
8.  запрос о проведении проверки условий и охраны труда на его рабочем месте федеральным органом исполнительной власти, уполномоченным на проведение государственного надзора и контроля за соблюдением трудового законодательства и иных нормативных правовых актов, содержащих нормы трудового права, другими федеральными органами исполнительной власти, осуществляющими функции по контролю и надзору в установленной сфере деятельности, органами исполнительной власти, осуществляющими государственную экспертизу условий труда, а также органами профсоюзного контроля за соблюдением трудового законодательства и иных актов, содержащих нормы трудового права;
9.  обращение в органы государственной власти Российской Федерации, органы государственной власти субъектов Российской Федерации и органы местного самоуправления, к работодателю, в объединения работодателей, а также в профессиональные союзы, их объединения и иные уполномоченные работниками представительные органы по вопросам охраны труда;
10.  личное участие или участие через своих представителей в рассмотрении вопросов, связанных с обеспечением безопасных условий труда на его рабочем месте, и в расследовании происшедшего с ним несчастного случая на производстве или профессионального заболевания;
11.  внеочередной медицинский осмотр (обследование) в соответствии с медицинскими рекомендациями с сохранением за ним места работы (должности) и среднего заработка во время прохождения указанного медицинского осмотра (обследования);
12.  компенсации, установленные в соответствии с настоящим Кодексом, коллективным договором, соглашением, локальным нормативным актом, трудовым договором, если он занят на тяжелых работах, работах с вредными и (или) опасными условиями труда.

Обеспечение работникам их конституционного права на труд в условиях, соответствующих требованиям охраны труда, состоит в том, что, конкретизируя данное право, государство одновременно с этим устанавливает его гарантии (статьей 220 Трудового кодекса РФ) и возлагает на работодателя обязанность по обеспечению безопасных условий и охраны труда работников.

Обязательное социальное страхование работников от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний является составной частью системы государственного социального страхования. Обязанность работодателя страховать работников предусмотрена статьей 212 Трудового кодекса РФ и Федеральным Законом от 24 июля 1998 г. № 125-ФЗ “Об обязательном социальном страховании от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний” с изменениями и дополнениями.

Инструктажи по охране труда по характеру и времени проведения подразделяются на:

1.  вводный;
2.  первичный на рабочем месте;
3.  повторный;
4.  целевой;
5.  внеплановый.

Вводный инструктаж – инструктаж по охране труда, который проводится со всеми вновь принимаемыми на работу лицами независимо от их образования, стажа работы, а также с временными работниками, командированными, учащимися и студентами, прибывшими на производственное обучение или практику, с учащимися в учебных заведениях перед началом лабораторных и практических работ в учебных лабораториях, мастерских, на участках и полигонах.

В организации инструктаж проводит инженер по охране труда или лицо, на которое приказом по организации возложены эти обязанности. На крупных предприятиях к проведению разных частей инструктажа могут быть привлечены соответствующие специалисты (из пожарной, медицинской и др. служб).

В журнале регистрации вводного инструктажа по охране труда и в документе о приеме на работу или на контрольном листе делают запись о проведении инструктажа с обязательной подписью того, кто получил инструктаж.

Инструктаж должен проводиться по программе, разработанной службой (инженером) охраны труда и утвержденной руководителем (главным инженером) организации.

Основные вопросы инструктажа:

1.  общие сведения об организации;
2.  характерные особенности производства;
3.  главные положения законодательства об охране труда;
4.  льготы и компенсации;
5.  правила внутреннего трудового распорядка организации, ответственность за нарушение правил;
6.  организация работы по охране труда;
7.  ведомственный, государственный надзор и общественный контроль за состоянием охраны труда;
8.  общие правила поведения работников на территории организации, в производственных и вспомогательных помещениях;
9.  расположение основных цехов, служб, вспомогательных помещений;
10.  основные вредные и опасные производственные факторы, характерные для данного производства;
11.  методы и средства предупреждения несчастных случаев и профессиональных заболеваний: средства индивидуальной защиты, плакаты, знаки безопасности, сигнализация;
12.  основные требования по предупреждению травматизма;
13.  основные требования производственной санитарии и личной гигиены; средства индивидуальной защиты, порядок и нормы их выдачи, сроки носки;
14.  обстоятельства и причины несчастных случаев, аварий, взрывов, пожаров, произошедших в организации или на др. производствах из-за нарушения требований безопасности; порядок расследования и оформления несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний; пожарная безопасность;
15.  способы и средства предотвращения пожаров, взрывов, аварий;
16.  действия работников в чрезвычайных ситуациях;
17.  первая помощь пострадавшим.

В отдельных отраслях экономики вместо вводного инструктажа можно проводить обучение в порядке, установленном в отрасли. Инструктаж проводят в кабинете по охране труда или в другом специально оборудованном помещении.

Первичный инструктаж – инструктаж по ОТ, который проводится на рабочем месте до начала производственной деятельности:

1.  со всеми вновь принятыми в организацию;
2.  переведенными из других подразделения организации;
3.  работниками перед выполнением новой для них работы;
4.  строителями, выполняющими строительно-монтажные работы на территории организации;

Непосредственный руководитель работ проводит инструктаж с каждым работником индивидуально (или с группой лиц, обслуживающих однотипное оборудование и в пределах общего рабочего места). При этом необходим показ безопасных приемов и методов труда.

Лица, не связанные с обслуживанием, испытанием, наладкой и ремонтом оборудования, использованием инструментов, хранением и применением сырья и материалов, первичный инструктаж на рабочем месте не проходят. Перечень профессий и должностей работников, освобожденных от первичного инструктажа, утверждает руководитель организации по согласованию с профсоюзным комитетом и службой охраны труда.

Все работники после первичного инструктажа на рабочем месте должны в течение первых 2-14 смен (в зависимости от характера работы, квалификации) пройти стажировку под руководством лиц, назначенных приказом по цеху (участку).

Программа первичного инструктажа на рабочем месте, согласованная со службой охраны труда и профсоюзным комитетом, включает следующие вопросы:

1.  общие сведения о технологическом процессе и оборудовании на данном рабочем месте, на производственном участке, в цехе; возникающие вредные и опасные производственные факторы;
2.  безопасная организация рабочего места;
3.  порядок подготовки к работе (проверка исправности оборудования, поисковых приборов, блокировок, заземления и др. средств защиты);
4.  безопасные приемы и методы работы; средства индивидуальной защиты на рабочем месте и правила пользования ими; безопасное передвижение на территории цеха, участка;
5.  опасные зоны машины, механизма, прибора; средства безопасности оборудования (предохранительные, тормозные устройства и ограждения, системы блокировки и сигнализации, знаки безопасности);
6.  внутрицеховые транспортные и грузоподъемные средства и механизмы;
7.  требования безопасности при погрузочно-разгрузочных работах и транспортировке грузов;
8.  требования по предупреждению травматизма;
9.  характерные причины аварий, взрывов, пожаров, производственных травм; меры предупреждения аварий, взрывов, пожаров; обязательные действия в опасных ситуациях;
10.  места расположения средств пожаротушения, противоаварийной защиты и сигнализации, способы их применения.

Повторный инструктаж – инструктаж по охране труда, который проходят все работники, за исключением лиц, освобожденных от первичного инструктажа, независимо от их квалификации, стажа работы и образования не реже 1 раза в полугодие по программе первичного инструктажа на рабочем месте в полном объеме.

Организациями по согласованию с профсоюзными комитетами и соответствующими местными органами государственного надзора и контроля для некоторых категорий работников может быть установлен более продолжительный (до 1 года) срок проведения повторного инструктажа.

Повторный инструктаж проводят индивидуально или с группой работников, обслуживающих однотипное оборудование в пределах общего рабочего места.

Целевой инструктаж - инструктаж по охране труда, который проводят:

1.  при выполнении разовых работ, не связанных с прямыми обязанностями по специальности (погрузка, выгрузка, уборка территории, какая-либо работа вне организации, цеха и т. п.);
2.  ликвидации последствий аварий, стихийных бедствий и катастроф;
3.  при производстве работ, на которые оформляется наряд-допуск, разрешение и другие документы (в них делают запись об инструктаже).

Внеплановый инструктаж - инструктаж по охране труда, который проводят:

1.  при введении в действие новых или переработанных стандартов, правил по охране труда и инструкций по охране труда;
2.  изменении технологического процесса, замене (или модернизации) оборудования, приспособлений и инструмента, сырья, материалов и других факторов;
3.  нарушении работниками требований охраны труда, что может привести (или привело) к производственной травме, отравлению, аварии, взрыву, пожару;
4.  перерывах в работе: для работ, к которым предъявляются дополнительные (повышенные) требования охраны труда, - более чем на 30 дней, для остальных работ - 60 дней;
5.  по требованию органов надзора и контроля.

Инструктаж проводят индивидуально или с группой работников одной профессии. Объем и содержание инструктажа определяют в зависимости от причин и обстоятельств, вызвавших необходимость его проведения.

1.  Анализ опасных и вредных производственных факторов

В целях предупреждения травматизма и профессиональных заболеваний при воздействии опасных и вредных производственных факторов (ОВПФ) на предприятиях применяются меры по их предупреждению и устранению, а также снижению степени воздействия на работающий персонал.

ОВПФ, согласно ГОСТ 12.0.003–74, подразделяются на четыре группы:

1.  физические;
2.  химические;
3.  биологические;
4.  психофизиологические.

На работоспособность человека влияют физические факторы внешней среды. К ним относятся параметры микроклимата на рабочем месте [17]: температура, влажность воздуха, скорость движения воздуха. Допустимые значения этих параметров для помещений с ПЭВМ для всех учебных учреждений, согласно ГОСТ 12.1.005–78 приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1–Оптимальные и допустимые значения для помещений с ПЭВМ

Оптимальные параметры		Допустимые параметры
Температура, 0С	Относительная влажность, %	Температура, 0С	Относительная влажность, %
19	62	18	39
20	58	22	31
21	55	-	-

Примечание: скорость движения воздуха не более 0,2 м/с.

Каждая группа ОВПФ в свою очередь подразделяется на подгруппы. Проанализируем ОВПФ в порядке убывания их значимости. При этом выделим опасные и вредные факторы [18].

Опасные факторы:

1.  Питающая сеть 220/380 В, 50 Гц представляет наибольшую опасность при работе инженера-исследователя. В нашем случае автоматические предохранители отключают питание при превышении тока 25 А. Смертельным для человека считается ток 100 мА.
2.  Электромагнитное излучение аппаратуры, а главным образом, монитора. Максимально допустимая напряженность электромагнитного поля по электрической составляющей должна быть не более 25 В/м (в диапазоне 5 Гц – 2 кГц) и 2,5 В/м (в диапазоне 2-400 кГц).
3.  Требования пожарной безопасности в помещении должны быть обязательно учтены в рабочем помещении.

Вредные факторы:

1.  повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны. Температура в помещении, согласно нормам (СанПин 2.2.2.542–96), должна поддерживаться равной 22 - 24°С в холодное и 23 - 25°С в теплое время года;
2.  повышенная или пониженная влажность воздуха рабочей зоны. Относительная влажность должна быть в пределах 40 - 60%;
3.  повышенное или пониженное барометрическое давление в рабочей зоне и его резкое изменение. Стандартное барометрическое давление равняется 760 мм. рт. ст.;
4.  повышенная или пониженная подвижность воздуха. Скорость движения воздуха не должна превышать 0,1 м/с в холодное время года и 0,2 м/с в теплое;
5.  повышенная загрязнённость воздуха рабочей зоны;
6.  повышенный уровень шума на рабочем месте. Уровень шума в помещении не должен превышать 50 дБ (ГОСТ 12.1.003–83 ССБТ. Шум. Общие требования безопасности);
7.  отсутствие или недостаток естественного света;
8.  недостаточная освещённость рабочей зоны. Нормированная достаточная освещённость равна 500 Лк. Пониженная контрастность;
9.  психофизиологические и нервно-психические перегрузки;
10.  загрязненность воздуха продуктами испарения смол и соединений свинца в процессе паяльных работ.
    1.  Требования безопасности

Рациональная организация рабочего места инженера-исследователя, работающего за компьютером, обеспечивает удобство при выполнении работ, экономию сил и времени, безопасность условий труда. К этому кругу вопросов относятся также размещение рабочего места с учетом психофизиологических характеристик, общее оформление помещений с точки зрения эстетических требований. Для создания условий безопасной и эффективной работы существуют определенные технические требования.

Важную роль играет требование к планировке рабочего места, которое должно быть удобным для выполнения работ, удовлетворять требованиям экономии энергии и времени оператора и рационального использования рабочих площадей, расстановка оборудования, используемого инженером-исследователем (недопущение наличия лишнего, неиспользуемого оборудования).

Приведем требования безопасности к рабочему месту [18]:

1.  Комплект учебной вычислительной техники (КУВТ) должен обеспечить безопасную работу неподготовленных пользователей. Требуется проведение инструктажей и специальных подготовок по технике безопасности, при любых, в том числе ошибочных, действиях пользователя, не связанных со вскрытием корпусов устройств.
2.  Общие требования по обеспечению механической и электрической безопасности по ГОСТ 12.2.007.0–75.
3.  Система электропитания КУВТ должна обеспечивать гальваническую развязку от потенциала «земли» с сопротивлением не менее 1 МОм.
4.  Система электропитания КУВТ должна обеспечивать защитное отклонение при перегрузках и коротких замыканиях в цепях нагрузки, а также аварийное отключение.
5.  Общие требования пожарной безопасности должны соответствовать нормам на учебное и бытовое электрооборудование. В случае возгорания не должно выделяться ядовитых газов и дымов. После снятия электропитания должно быть допустимо применение любых средств пожаротушения (для минимизации повреждения оборудования рекомендуется применение углекислотных огнетушителей).
6.  Вредные воздействия на здоровье со стороны всех элементов КУВТ(в том числе инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и электромагнитное излучения, вибрация, шум, электростатические поля, ультразвук строчной частоты и т.д.), не должны превышать действующие нормы, а в случае их отсутствия – соответствующие нормы для взрослых операторов, постоянно работающих с этой аппаратурой.

Приведем требования безопасности при проведении паяльных работ []:

1.  Пайку сплавами, содержащими свинец, необходимо проводить в выделенных помещениях. Стены, оконные рамы, отопительные принадлежности, воздухопроводы должны быть гладкими и покрыты масляной краской светлых тонов.
2.  Рабочие поверхности столов должны быть покрыты пластиком. Использовать настольное стекло запрещается. Поверхность ящиков для хранения инструментов должна покрываться легко моющимися материалами, а изнутри окрашиваться масляной краской.
3.  Использующиеся сплавы и флюсы должны помещаться в тару, исключающую загрязнение рабочих поверхностей свинцом.
4.  Рабочие места должны быть оборудованы местными вытяжными устройствами, обеспечивающими скорость движения воздуха непосредственно на месте пайки не менее 0,6 м/с.
5.  Паяльники, находящиеся в рабочем состоянии, всегда должны быть в зоне действия вытяжной вентиляции.
6.  Для электропитания паяльников и переносных ламп в помещении должны быть установлены на стене розетки напряжением 42В переменного тока.
7.  Ветошь, применяемая при чистке и пайке оборудования, а также при уборке рабочих мест, необходимо собираться в бачки с крышками. Повторное применение использованной ветоши запрещается.
8.  Хранение какой-либо одежды или личных вещей в помещении, выделенном для пайки, запрещается. Хранение рабочей и какой-либо иной одежды в гардеробе должно быть раздельным.
9.  Перед приемом пищи и курением работники обязаны мыть руки и полоскать рот водой.
10.  Запрещается употребление и хранение еды, воды для питья, а также курение в помещениях, где производится пайка.

Приведем требования по эргономике для рабочего места [18]:

1.  КУВТ и входящие в него устройства должны соответствовать требованиям к эргономике и технической эстетике для технических средств СМ ЭВМ и эргономическим требованиям СанПиН 2.2.2/2.4.1340–03 («Гигиенические требования к персональным ЭВМ и организации работы»).
2.  Размеры, конструкция аппаратуры и рабочего места должны обеспечивать нижеследующее:
3.  экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на 0,6 – 0,7 м.
4.  наличие на рабочем столе места размером не менее 1200х250 мм для записей.
5.  конструкция рабочего места должна предусматривать перемещение клавиатуры относительно экрана в пределах 0,5 – 1 м.
6.  надписи и маркировка на поверхности устройств КУВТ должны иметь высокую стойкость к стиранию и выцветанию.
7.  все индикаторы, светящиеся в процессе нормальной работы оборудования КУВТ и находящиеся в основном поле зрения пользователя, должны иметь зеленый или желтый цвет свечения.

Помимо этого рабочая поверхность стола должна быть гладкой, легко моющейся, должен быть выполнен правильный выбор основного технологического оборудования. Удобство выполнения работ за столом достигается при следующих характеристиках:

1.  высота рабочей поверхности – 870 мм;
2.  высота сиденья – 420 мм;
3.  размер пространства для ног – 600х500х650 мм.

При наличии подставки для ног ее размеры должны составлять 300х400 мм. Сидение должно иметь выемку, соответствующую форме бедер и наклон назад. Спинка стула должна быть изогнутой формы, обнимающей поясницу. Длина ее должна быть равна 0,3 м, ширина – 0,11 м, радиус изгиба – 0,3 – 0,35 м.

Для уменьшения нагрузки на глаза и снижения уровня зрительной утомляемости помещение должно одержать не более двух-трех основных цветов.

Работа инженера по характеристикам зрительных работ относится к третьему разряду. Рекомендуемая освещенность при работе с экраном дисплея компьютера составляет 300 Лк.

Площадь и объем помещений должны соответствовать количеству работающих людей. Для обеспечения нормальных условий труда, санитарные нормы СанПин 2.2.2.542–96 устанавливают на одного работающего человека объем не менее 20 м3, а площадь – 6 м2.

Необходимо учесть эргономические свойства человека, силовые и скоростные возможности его анализаторов (слуха, зрения, осязания, восприятия, памяти и мышления), скорость реакции. При операторской деятельности 25% времени предоставляется человеку для отдыха. Поток информации ограничивается с учетом пропускной способности работающего человека – 30 ед./сек. Предпочтительный угол наблюдения равен 90° к плоскости экрана. Оптимальный угол зрения - в пределах 10 – 30° в боковом или вертикальном направлениях от горизонтали.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что при работе с компьютером должны быть обеспечены дистанция и угол наблюдения за экраном дисплея. Должны быть правильно подобраны освещенность и размещение источников света. Поток информации должен быть ограничен в соответствии с возможностями зрительных анализаторов человека. Информация на экране дисплея (цифры, буквы и другие символы) должны быть представлены в удобной для глаз форме. Для снижения напряжения при работе и последующего утомления зрительных анализаторов должен быть правильно организован режим работы, введены паузы и перерывы.

Клавиатура должна иметь регулирующую подставку для изменения угла ее наклона, так как при длительной работе нагрузка на руки очень большая. Необходимо оптимально подобрать цвета для окраски помещения. Поверхность устройств, входящих в состав КУВТ должна иметь неяркий цвет, матовую фактуру, низкую к загрязнениям, должна быть допустима влажная протирка поверхностей для очистки от загрязнений (при отключенном электропитании).

1.  Расчет освещенности рабочего места

Согласно СанПин 2.2.2/2.4.1340-03 рабочее место, оснащенное ПЭВМ, должно освещаться естественным и искусственным освещением.

Естественное освещение используется в дневное время суток. Источником света является Солнце. Искусственное освещение необходимо в темное время суток или при недостаточном естественном освещении. Источниками света являются лампы накаливания.

Рабочая зона или рабочее место освещается в такой степени, чтобы можно было видеть процесс работы, не напрягая зрения, и чтобы исключалось прямое попадание лучей источника света в глаза.

Основной задачей светотехнических расчетов является определение требуемой площади световых проемов при естественном освещении и потребляемой мощности осветительных приборов при искусственном.

Проведем расчет естественного освещения. Требуемая площадь светового проема определяется по формуле:

Sn – площадь пола помещения, м2;

en – нормированное значение КЕО, %;

Кз – коэффициент запаса, принимаемый из таблиц, Кз=1,5;

hо – световая характеристика окон;

Кзо – коэффициент, учитывающий затемнение окон противостоящими зданиями (1 – 1,7). При отсутствии близко стоящих зданий Кзо=1;

r1 – коэффициент, учитывающий повышение КЕО за счет отраженного света от поверхности помещения (1,05 – 1,7);

t0 – общий коэффициент светопропускания, определяемый СНИП 11-4-79 (0,1 – 0,8);

Учитывая, что длина пола помещения равна 8 м, а ширина равна 3 м, находим площадь пола:

Нормированное КЕО определяется из таблицы: еn=1,5.

Значение остальных коэффициентов:

h0=8,5; Кзо=1; r1=1,05;

Коэффициент t рассчитывается как:

,

где t1 – коэффициент потерь в стекле, t1=0,8;

t2 – коэффициент потерь в следствии затемнения переплетами, t2=0,5;

t3 – коэффициент потерь в следствии загрязнения стекла, t3=0,8;

t4 - коэффициент потерь в следствии затемнения конструктивными элементами здания, t4=1.

Итак, при подсчете получим следующее значение требуемой площади:

м2

Учитывая, что в помещении площадь оконного проема составляет около 3,5 м2, применение одного бокового освещения недостаточно для данного помещения. Следовательно, в помещении необходимо использовать искусственное освещение, расчет которого проведем ниже.

Будем использовать люминесцентные лампы, которые по сравнению с лампами накаливания имеют существенные преимущества:

1.  По спектральному составу света они близки к естественному освещению;
2.  обладают более высоким КПД (в 1,5-2 раза выше, чем у ламп накаливания);
3.  обладают повышенной светоотдачей.

Помещение освещается тремя светильниками типа ARS, в каждом светильнике четыре лампы ЛБ-40. Произведем расчет искусственного освещения для данного помещения.

,

где Е – номинальная освещенность рабочего места;

Фсв – световой поток от лампы, лк;

N – количество светильников;

Кз – коэффициент запаса, учитывающий запыленность и износ светильников;

n – коэффициент использования светильников;

s – площадь помещения, м2;

z – коэффициент неравномерности освещения.

Согласно СНИП 11-4-79 для использования данного типа ламп:

Кз=1.4 при нормальной эксплуатации светильников;

z=1.1 при оптимальном размещении светильников.

Коэффициент использования n, значение коэффициентов отражения от стен (Рс) и потолка (Рп) определим по таблице зависимостей коэффициентов отражения от характера поверхности: Рс=60%, Рп=80%. Значение n определим по таблице коэффициентов использования различных светильников. Для этого вычислим индекс помещения по формуле:

,

где S – площадь помещения, S=24м2;

h – расчетная высота подвеса, h=3,3м;

А – ширина помещения, А = 3м;

B – длина помещения, B = 8м.

Получим I=0,66. Для таких значений I, Рс и Рn по таблице находим n=2.

Световой поток от лампы типа ЛБ-40 равняется 7051лк. Тогда световой поток, излучаемый светильником, составляет 28204лк.

Определим номинальную освещенность рабочего места.

лк.

Полученное значение освещенности рабочего места удовлетворяет нормам искусственной освещенности в помещении и является достаточным для комфортной работы.

1.  Расчет воздухообмена в помещении

Размеры лаборатории составляют: длина – 8м, ширина – 3м, высота – 3,3м.

Исходя из этого, площадь помещения равна 24м2, а объем – 79,2м3.

В помещении оборудовано пять рабочих мест: на одного работника приходится 4,8м2 площади и 15,84м3 объема, что удовлетворяет санитарным нормам СН 425-11, согласно которым объем на одного работающего должен превышать 15м3, а площадь 4,5м2.

При отсутствии загрязнения воздуха, вентиляция должна обеспечить подачу наружного воздуха в количестве не менее 30 м3/час на каждого работающего. Такой обмен воздуха обеспечивается естественной вентиляцией посредством форточек.

Выполним расчет воздухообмена, необходимый для удаления избыточного тепла и очистки воздуха от вредных паров. Требуемый воздухообмен в помещении определяется формулой (х.х):

,

где Q – требуемый воздухообмен, м3/час;

g – количество вредных веществ, выделяемых в воздух помещения, л/ч;

X – ПДК вредных веществ в воздухе помещения, л/м3;

Xn – ПДК вредных веществ в наружном воздухе, л/м3.

Количество углекислоты, выделяемой человеком при легком труде, равняется 23 л/ч, ПДК в воздухе помещения – 1 л/м3, ПДК в наружном воздухе – 0,5 л/м3.

Получим требуемое значение воздухообмена:

м3/час

Такой объем воздухообмена является достаточным и обеспечивает необходимую очистку воздуха в рабочем помещении.

1.  Комплекс защитных мероприятий

1) Питающая сеть 220/380 В, 50 Гц. При работе за ЭВМ наиболее опасным является питающее напряжение, т.е. напряжение промышленной сети. Приборы питаются от электрической сети напряжением U=220В с частотой f=50 Гц. Сопротивление тела человека при времени взаимодействия тока с телом человека tв=1 c составляет R=1кОм±10%, а при tв более 1 c – R=6кОм±10%. Поэтому при замыкании на человека напряжения электросети, ток будет равен I=U/R=220/1000=0,22=220мА (tв=1с). Таким образом, в случае замыкания сетевого напряжения на человека в течение хотя бы одной секунды через него будет протекать ток 220 мA.

Перечислим основные меры защиты от напряжения [17]:

1.  Защитное заземление. Основная техническая мера, применяемая в сетях с изолированной нейтралью. Под защитным заземлением понимается преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением (ГОСТ 12.1.019-79). Для компьютеров предусмотрена также контур-шина схемного заземления, для повышения помехоустойчивости ПЭВМ. Требования к электробезопасности предполагают изоляцию всех токоведущих частей. Согласно требованиям «Правил Устройства Электроустановок», сопротивление защитного заземления не должно превышать 4 Ом в установках напряжением до 1000 В. Напряжение на рабочем месте не должно превышать 220 В, сопротивление изоляции токоведущих частей – должно быть выше 500 кОм. Необходима также инструкция по эксплуатации электрооборудования.
2.  Зануление. Понимается соединение с нулевым проводником металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением, с целью уменьшения времени замыкания на корпус. Зануление применяется в сетях с напряжением до 1000 В. Зануление превращает замыкание на корпус в однофазное короткое замыкание, в результате чего срабатывает максимальная токовая защита, которая селективно отключает поврежденный участок. Зануление аппаратуры, в нашем случае, следует производить оголенным медным проводом диаметром не менее 1 мм. Провод меньшего диаметра использовать не следует ввиду недостаточной механической прочности.

Также следует рабочий стол оборудовать отдельным электрощитком, общим выключателем и сигнальной лампой. Рубильник и электрощитки установить в легко доступных местах, все приборы должны иметь световую индикацию о включении питания.

2) Электромагнитное излучение аппаратуры. Основными причинами вредного влияния компьютера на организм человека являются [17]:

1.  электромагнитные поля и излучения;
2.  видимое излучение экрана;
3.  блики и мерцания;
4.  нарушение эргономических норм при работе с компьютером.

Спектр излучения компьютерного монитора включает в себя рентгеновскую, ультразвуковую и инфракрасную области, а также широкий диапазон электромагнитных волн других частот.

Допустимые нормы излучений приведены в таблице 6.2 [18].

Таблица 6.2–Допустимые нормы излучения

Параметр	Значение
Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения на расстоянии 0,05 м от монитора	100 мкР/час
Электромагнитное излучение на расстоянии 0,5 м вокруг монитора по электрической составляющей: – в диапазоне 5 Гц – 2 кГц – в диапазоне 2 – 400 кГц	25 В/м 2,5 В/м
Электромагнитное излучение на расстоянии 0.5 м вокруг монитора по магнитной составляющей: – в диапазоне 5 Гц – 2 кГц – в диапазоне 2 – 400 кГц	250 нТл 2,5 нТл
Поверхностный электростатический потенциал	не более 500 В

В настоящее время внимание исследователей привлекают биологические эффекты низкочастотных ЭМ полей, которые до недавнего времени считались безвредными. В отличие от ионизирующих излучений, например рентгеновских лучей, низкочастотные ЭМ поляне могут расщеплять атомы. Предполагалось, что неионизирующее излучение не может вредно влиять на организм, если оно недостаточно сильно, чтобы вызвать тепловые эффекты или электрошок. Однако в ряде экспериментов было обнаружено, что ЭМ поле с частотой 50 – 60 Гц, возникающие вокруг видеодисплеев, может инициировать биологические сдвиги вплоть до нарушения синтеза ДНК в клетках животных. В отличие от рентгеновских лучей электромагнитные волны, меньшей частоты, обладают необычным свойством – опасность их воздействия совсем необязательно уменьшается при снижении интенсивности облучения. Определенные ЭМ поля действуют на клетки лишь при малых интенсивностях излучения или на конкретных частотах, в так называемых «окнах прозрачности».

Таким образом, существует опасность влияния ЭМ поля ВДТ, несмотря на то, что такие поля весьма слабые. Медицинские исследования показали, что излучения, сопровождающие работу компьютера, могут весьма отрицательно сказываться на здоровье человека.

Видимое излучение, блики и мерцания экрана, как показывают данные экспериментов, способствуют возникновению: близорукости и переутомлению глаз; мигрени и головной боли; раздражительности, нервному напряжению и стрессу.

Низкочастотные поля вызывают некоторые заболевания кожи; могут воздействовать на метаболизм и биохимические реакции крови на клеточном уровне, в результате чего у оператора возникают симптомы стресса; могут способствовать возникновению рака.

Электростатическое поле вызывает катаракту глаз и помутнение хрусталика глаза.

Для получения максимальной защиты целесообразно использование стеклянных фильтров категории «полная защита», которые устраняют электростатические поля и ультрафиолетовое излучение, значительно снижают интенсивность низкочастотных магнитных и рентгеновских излучений и практически не дают бликов. Такие фильтры дают более чем двадцатикратное ослабление рентгеновского излучения, в 3–4 раза повышают контрастность изображения, хотя и снижают общую яркость изображения в 2–3 раза.

3) Освещённость рабочей зоны. В зависимости от источников света освещение может быть естественным или искусственным. Естественное освещение помещения осуществляется боковым освещением, поступающим через окно в наружной стене здания. При этом нормируется коэффициент естественной освещенности, величина, которого выбирается в соответствии с СНиП 23-05-93 в пределах от 1 до 3,5 % в зависимости от характера выполняемых работой точности [18]. Для рабочих мест, оснащенных терминалами, рекомендуется освещённость 300 – 500 Лк. Общего освещения недостаточно, поэтому необходимо применять местное искусственное освещение. При неудовлетворительном освещении зрительная способность снижается, и могут появиться такие заболевания глаз, как близорукость, резь в глазах, катаракта. Правильно выполненная система освещения имеет большое значение в снижении производственного травматизма, уменьшая потенциальную опасность многих производственных факторов, создаёт нормальные условия для работы органов зрения и повышает общуюработоспособность организма.

4) Уровень шума на рабочем месте. Неблагоприятно воздействует на организм – шум вентиляционных установок, контрольно – измерительной аппаратуры в лаборатории. Он значительно ослабляет внимание работающего, замедляет скорость психологических реакций, в результате снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум также влияет на физическое состояние человека: угнетает центральную нервную систему, вызывает ухудшения обмена веществ и даже его нарушение, что может привести к профессиональным заболеваниям. В соответствии с требованиями СНиП 11–12.77 допустимый уровень эквивалентного шума в лаборатории должен составляет 50 дБ. При работе всех приборов в лаборатории уровень шума составляет 40 – 45 дБ. Но так как вероятность работы одновременно всех приборов мала, то требования СНиП 11–12.77 удовлетворяются. Для меньшего воздействия шума на организм инженера-исследователя необходимо удаление рабочих мест от постоянно шумящих устройств. Также необходимы перерывы на отдых, которые нужно предусмотреть в регламенте работы.

5) Вентиляция. Для поддержания в помещениях параметров воздушной среды, удовлетворяющих требованиям СНиП 2–33–75 (Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха), а также требованиям СанПин 2.2.2.542–96, необходимо применение общеобменной вентиляции, систем отопления и кондиционеров.

6) Влажность. Необходимо проводить влажные уборки чаще, чем один раз в день, так как влажность воздуха оказывает большое влияние на терморегуляцию организма: повышенная влажность (выше 70%) затрудняет терморегуляцию из-за снижения испарения пота, а слишком низкая (ниже 20%) вызывает пересыхание слизистых оболочек дыхательных путей.

В нашем случае рабочим местом инженера-исследователя, по классификации помещений по степени поражения людей электрическим током, является помещение без повышенной опасности. Исследования проводятся в комнате с нормальной температурой и влажностью.

1.  Инструкции по технике безопасности
   1.  Общие положения

Перед поступлением на работу сотрудник должен пройти вводный инструктаж по технике безопасности (проводит инженер по технике безопасности), инструктаж на рабочем месте (проводит заведующий лабораторией), а также ознакомиться с настоящей инструкцией. К самостоятельной работе допускаются лица: достигшие 18 лет, имеющие техническое образование, признанные годными к данной работе в результате медицинского обследования, прошедшие обязательный инструктаж. Необходимо соблюдать правила внутреннего распорядка: запрещается курение и распитие спиртных напитков в помещении. При работе необходимо учитывать влияние ряда опасных и вредных производственных факторов. Также необходимо соблюдать: требования по обеспечению пожаробезопасности и взрывобезопасности, порядок уведомления администрации о случаях травмирования, неисправности оборудования. Инженер обязательно должен: уметь оказывать первую (доврачебную) медицинскую помощь, соблюдать правила личной гигиены и производственной санитарии. В случае несоблюдения требований инструкции будут произведены дисциплинарные взыскания.

1.  Требования безопасности перед началом работы

Перед тем, как приступить к работе, необходимо выполнить следующие действия:

1.  подготовить свое рабочее место, проверить наличие всех средств индивидуальной защиты;
2.  проверить исправность оборудования, защитного заземления, вентиляции, местного освещения, температуры помещения, влажности и т. п. Также, перед началом работ необходимо убедиться в наличии надежного зануления;
3.  помещения, в которых установлены персональные ЭВМ, по пожарной опасности относятся к категории Д. Эти помещения должны удовлетворять требованиям по предотвращению и тушению пожара по ГОСТ 12.1.004-91. Следовательно, необходимо обязательно проверить наличие телефонной связи и пожарной сигнализации.
   1.  Требования безопасности во время работы с СВЧ приборами
4.  В целях безопасности и надежности работы схем и установок необходимо надежное гальваническое соединение корпусов электроприборов.
5.  Измерительные приборы, во избежание перегрузок, должны быть поставлены на верхние пределы измеряемых величин.
6.  Во время работы не оставлять открытыми концы волноводных и коаксиальных трактов, не заглядывать в раскрыв передающих антенн.
7.  Все соединения в схемах и установках следует проводить только стандартными линиями и изолированными проводниками.
8.  В процессе работы изменения в установке или схеме проводить при полностью введенном аттенюаторе генераторного блока (ослабление 90 дБ).
9.  В целях безопасности категорически запрещается:
10.  проводить переключения в установках, находящихся под напряжением;
11.  оставлять без наблюдения работающую схему или установку;
12.  снимать и перевешивать предупреждающие и запрещающие плакаты и знаки;
13.  вскрывать электроприборы.
14.  В случае любых неисправностей установку немедленно обесточить и доложить о происшествии руководителю.
    1.  Требования безопасности во время работы

Во время работы исполнитель должен соблюдать следующие правила: сидеть на безопасном расстоянии от монитора и каждый час проводить расслабляющие упражнения для глаз, мышц спины и шеи.

1.  Требования безопасности в аварийных ситуациях

При коротком замыкании в оборудовании, перегреве проводов или кабелей, искрении, горении, то есть при возникновении любых неисправностей необходимо немедленно выключить компьютер из сети. После, следует сообщить о случившемся руководству.

При пожарной ситуации необходимо:

1.  оповестить окружающих об опасности;
2.  обесточить оборудование;
3.  позвонить в службу пожарной охраны;
4.  воспользоваться огнетушителем, произвести преграду для огня (противопожарные стены, двери, окна, водяные завесы и т.д.);
5.  в случае если, кто-либо из персонала или сам исполнитель получил травму необходимо оказать первую медицинскую помощь или обратиться за помощью к окружающим, а затем вызвать службу скорой помощи.
   1.  Требования безопасности по окончанию работы

По окончании работы инженер должен:

1.  Последовательно отключить монитор, системный блок, бесперебойный источник питания, затем все электроприборы, находящиеся в помещении и полностью обесточить помещение с помощью рубильника;
2.  Необходимо проветрить помещение, протереть монитор, закрыть клавиатуру специальным покрытием (во избежание попадания мусора), убрать за собой рабочий стол (дискеты, документы, книги и т.п.), вынести весь, скопившийся за день, мусор.
3.  По окончании паяльных работ следует выключить вентиляцию, отключить паяльник и приборы.
4.  По окончании работ очистить и промыть горячим мыльным раствором рабочие поверхности столов и внутренние поверхности ящиков для инструментов.
5.  Запрещаются сухие способы уборки помещения для пайки.
6.  Снять специальную одежду, тщательно вымыть руки с мылом, прополоскать рот.
   1.  Ответственность при нарушении правил ТБ и ОТ

Работая в лаборатории, следует обязательно руководствоваться правилами техники безопасности для работы с электроустановками до 1000 В. Исполнитель работ должен предварительно пройти вводный инструктаж на рабочем месте. За невыполнение требований, содержащихся в инструкции, действует дисциплинарная, административная, гражданско-правовая либо уголовная ответственность.

Виды дисциплинарных взысканий:

1.  замечание;
2.  выговор;
3.  увольнение по соответствующим основаниям.

К административным взысканиям за нарушение требований ОТ относятся административный штраф и дисквалификация.

Уголовная ответственность за нарушение требований охраны труда предусматривает следующие виды наказаний:

1.  штраф;
2.  лишение права занимать определенные должности и заниматься определенной деятельностью;
3.  исправительные работы;
4.  лишение свободы на определенный срок.
5.  Технико-экономическое обоснование работы
   1.  Резюме проекта.

Название работы: Исследование разделителя падающих и отражённых волн для векторного анализатора цепей диапазона СВЧ.

Ключевые слова: Направленный мост, векторный  анализатор цепей,  электромагнитное моделирование, электрические характеристики.

Сроки выполнения работы:6.03.14 – 9.06.14

Стоимость работы: 90133,88 руб.

1.  Актуальность проекта

Одними из наиболее точных приборов для измерения СВЧ трактов являются векторные анализаторы цепей (ВАЦ). Цепи, которые могут быть проанализированы с помощью ВАЦ, имеют широкий диапазон применений, начиная от простых устройств, таких как фильтры и усилители, и заканчивая сложными модулями, используемыми в системах телекоммуникации.

Одной из наиболее важных частей ВАЦ является направленное устройство для разделения падающих и отраженных волн, обычно представленное в виде направленного моста или направленного ответвителя.

Выполнение данной работы вызвано необходимостью совершенствования технологии производства и поиска способов упрощения настройки направленного моста.

1.  Цель проекта

Исследование разделителя падающих и отражённых волн для векторного анализатора цепей диапазона СВЧ.

1.  Расчет сметы затрат на НИР

Любая исследовательская работа связана с определенными затратами. Затраты по статьям калькуляции для целей планирования затрат НИР включают статьи:

1.  материальные затраты;
2.  затраты на электроэнергию (в составе материальных затрат);
3.  заработная плата;
4.  начисления на заработную плату;
5.  прочие   прямые расходы.
6.  амортизация основных фондов;
7.  накладные расходы.

Расчет сметы затрат на исследование разделителя падающих и отражённых волн для векторного анализатора цепей диапазона СВЧ необходим для того, чтобы определить общую потребность в денежных ресурсах на выполнение НИР.

1.  Статья «Материалы, сырье, комплектующие»

По этой статье отражаются затраты на материалы, непосредственно связанные с выполнением данного проекта. Для выполнения данной работы материальные затраты связаны с приобретением видов продукции, представленных в таблице 5.1.

Таблица 5.1 – Расшифровка статьи «Материалы, сырье, комплектующие»

Вид ресурса	Количество	Цена (руб.)	Сумма (руб.)
1. Бумага для принтера 200 л.	1 пач.	259,00	259,00
2. Чернила для принтера	1 шт.	100,00	100,00
3. Накопитель USB flash drive	1 шт.	300,00	300,00
4. Чип-резисторы типоразмера:  0402  0603	20 шт. 60 шт.	0,72 0,53	14,4 31,8
5. Разъем JohnsonSMA 142-0761-861	3 шт.	698	2094
6. Коаксиальный кабель HUBER+SUHNEREZ_47_TP/M17	1 шт.	13418	13418
7. Материал Rogers4350B	1 панель	9692	9692
Итого			25909,2

1.  Статья «Затраты на электроэнергию» 

Затраты на электроэнергию рассчитываются следующим образом:

(5.1)

, где Wу – установленная мощность оборудования (0,7 кВт);

 Т – время работы оборудования, час.;

 Sэл – тариф за электроэнергию (2,7 руб./кВт∙ч).

  - затраты на электроэнергию.

1.  Статья «Заработная плата»

Данная статья предполагает расчет затрат на заработную плату работникам, непосредственно занятым при выполнении НИР.

В таблице 5.2 представлен график реализации проекта за период выполнения работ.

Таблица 5.2 – График реализации проекта на 2014г.

№№	Разделы	Сроки	Показатели	Значения
11	Изучение литературы касательно темы НИР	6.03.2014–20.03.2014	Количество занятых сотрудников, чел.	1 человек (студент)
22	Разработка электромагнитной модели делителя направленного моста	21.03.2014–14.04.2014	Количество занятых сотрудников, чел.	1 человек (студент)
33	Изготовление экспериментальных образцов направленного моста	15.04.2014 – 18.04.2014	Количество занятых сотрудников, чел.	2 человека (руководитель, студент)
						Количество  выпущенной продукции, шт.	1 шт.
44	Настройка экспериментального образца и исследование его электрических характеристик.	19.04.2014 – 25.05.2014	Количество занятых сотрудников, чел.	2 человека (руководитель, студент)
55	Отчетный период	26.05.2014 – 9.06.2014	Количество занятых сотрудников, чел.	2 человека (руководитель, студент)

Способ расчета затрат по строке «заработная плата» может быть грубым (на начальных этапах планирования работ), либо уточненным. При грубых расчетах за основу берут принятые в организации средние размеры оплаты труда по данному разряду.

При более точном методе отдельно выделяют все виды выплат по заработной плате с учетом размеров должностных окладов, тарифных ставок, трудоемкости работ, надбавок и доплат, оплаты ежегодных отпусков, районного коэффициента.

В таблице 5.3 представлена расшифровка по статье «Заработная плата».

Таблица 5.3 – Расшифровка по статье «Заработная плата»

Сотрудники:
Руководитель – аспирант	сумма	сумма (с учетом РК)
Четвертая профессионально-квалификационная группа
тип начисления:
всего рабочих дней(в месяц): 25, отработано 25
1. оклад	7700	10010
2. надбавка единовременная	2310	3003
итого начислено руководителю		13013
студент	4725	6142,50
Третья профессионально-квалификационная группа
надбавка (до ПМ)		357,50
итого начислено студенту		6500
итого ФЗП с РК		19513

Произведем расчет заработной платы участников проектирования.

Дневная ставка равна месячному окладу, поделенному на 25 рабочих дней, т.е.:

,

(5.2)

,где ЗД - заработная плата за один день;

     ОМ - месячный оклад работника.

Дневная ставка, помноженная на число рабочих дней, даст заработную плату каждого исполнителя за период разработки.

,

(5.3)

где ЗД1, ЗД2 - дневная заработная плата первого (руководителя) и второго (студента) исполнителя соответственно;

ФЗП – фонд заработной платы;

Т1, Т2 - затраты труда руководителя и инженера соответственно.

По формулам (5.2) и (5.3) произведем расчет:

- дневная ставка руководителя;

- дневная ставка инженера;

Исходя из того, что руководителю от ВУЗа оплачивается только 24 часа, то необходимо рассчитать размер выплат за час работы:

 - часовая ставка руководителя;

.

1.  Статья «Начисление на заработную плату»

Данная статья предполагает отчисления на социальные нужды в соответствии с действующим законодательством, т.е. страховые взносы, которые составляет 30%.

Облагаемая налогом сумма равна 23661,68 руб. Расшифровка статьи представлена в таблице 5.4.

Таблица 5.4 – Расшифровка по статье «Расчет страховых взносов»

расчет страховых взносов	сумма	сумма (с учетом РК)
облагаемая сумма:		23661,68
ПФ	0.22	5205,57
Фед.МС	0.051	1206,75
терр.МС	0	0
ФСС	0.029	686,19
итого страховые взносы	0.3	7098,5

1.  Статья «Спецоборудование»

Данная статья отражает стоимость спецоборудования и специальной оснастки, предназначенных для использования в качестве объектов испытаний и исследований (табл. 5.5).

Таблица 5.5 – Расчет затрат по статье «Спецоборудование»

Наименование оборудования	Балансовая стоимость	Срок службы, год	Амортизация в год, руб.	Время, раб.дни	Сумма, руб.
Компьютер	25000	4	6250	100	2500
Скалярный анализатор цепей Р2М-40	1210000	10	121000	20	20000

1.  Статья «Прочие расходы»

Статья предполагает прочие расходы, если они непосредственно связаны с выполнением НИОКР.

К прочим прямым расходам относят расходы, связанные с использованием Internet и других средств информации. Они составляют не более 5 % от всех затрат.

1.  Расчет накладных расходов

Накладные расходы определяются как 20% от суммы всех прямых затрат на разработку научно-технического продукта.

Теперь можно составить расчет общей стоимости проекта (по форме табл. 5.6).

Таблица 5.6 − Плановая смета затрат на НИР за 2014г. по источникам финансирования.

Наименование статей затрат	Затрачено за время выполнения проекта (5 месяцев), руб.
Материалы, сырье, комплектующие	25909,2
Затраты на электроэнергию	378
Заработная плата	23661,68
Начисление на заработную плату	7098,5
Амортизация основных фондов	14500
Сумма затрат	71547,38
Прочие расходы	3577,37
Накладные расходы	15009,13
Итого:	90133,88

1.  
   

Заключение

В данной работе рассмотрены теоретические основы измерения комплексных коэффициентов передачи и отражения.

На основе эквивалентных схем элементов направленного моста была составлена его модель в среде проектирования AWR Design Environment.

Исследовано влияние паразитных параметров отдельных элементов на электрические характеристики моста в полосе от 300 кГц до 13,5 ГГц. На основании полученных частотных зависимостей электрических характеристик модели были сделаны следующие выводы:

1.  значительное увеличение паразитной индуктивности симметрирующего трансформатора позволяет добиться необходимого уровня развязки (40 дБ) уже на частотах выше 2 МГц.
2.  незначительное отклонение значений номиналов паразитных индуктивностей от рассчитанных не оказывает значительного воздействия на основные характеристики и может быть компенсировано корректировкой паразитной емкости для соблюдения условия баланса моста;
3.  значительное изменение величины паразитной индуктивности чип-резисторов практически не поддается корректировке паразитными емкостями, однако возможна компенсация путем создания и изменения искусственной емкости, параллельной внешнему проводнику симметрирующего трансформатора;
4.  изменение величин индуктивностей, создающихся при заужении линий передач, не оказывает значительного воздействия на коэффициенты передачи, ответвления и отражения, однако приводит к резкому ухудшению развязки;

Проведено сравнение электрических характеристик модели с характеристиками экспериментальных образцов. Полученные в ходе настройки модели частотные зависимости развязки, коэффициентов отражения, коэффициентов передачи и ответвления повторяют экспериментально полученные.

Для создания более точной модели делителя направленного моста была создана электромагнитная модель его топологии на основе экспериментальных образцов.

Полученные в результате электромагнитного моделирования частотные зависимости электрических характеристик соответствуют требованиям ТЗ в полосе частот от 300 кГц до 12,5 ГГц

Серьезным недостатком модели является резонанс элементов топологии на частоте 13,22 ГГц, что не позволяет провести полную настройку модели с целью соответствия заданным в ТЗ параметрам. На основании этого можно сделать вывод: полученная электромагнитная модель делителя направленного моста требует доработки.

Список использованных источников

1.  Сверхширокополосный направленный мост для векторного анализатора цепей диапазона СВЧ. Пояснительная записка к дипломному проекту / Ф.А. Михеев. – М.: ТУСУР, 2011. – 152 с.: ил. 
2.  Измерения S-параметров на СВЧ / В.И. Власов В.В. Карамзина, В.И. Козликова. – М.: Министерство электронной промышленности СССР, 1986. – стр. 1-3.: ил.
3.  Основы векторного анализа цепей / Хибель Михаэль. – пер. с англ. С.М. Смольского; под. ред. Филипп У. – М.: Издательский дом МЭИ, 2009. – стр. 1-51.: ил. 
4.  Анализаторы цепей. Руководство по выбору. – М. : Agilent Technologies. Inc., 2007 г.. – 32 с.: ил.
5.  Handbook of microwave component measurements / Dunsmore P. Joel. – М.: John Wiley & Sons, Ltd., 2012. – стр. 44-46.: ил.
6.  Сверхширокополосный направленный мост диапазона ОВЧ / Ф.А. Михеев, А.В. Фатеев. – М.: ТУСУР, 2011. – 3 с.: ил.
7.  The RF and microwave handbook. Passive lumped components / Alfy Riddle – М.: CRC Press LLC, 2001. – стр. 880-882.: ил.
8.  Frequency response of thin film chip resistors. – М. : Vishay intertechnology, Inc., 2012. – 4 с.: ил.
9.  H10K - кривая характеристик [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ferrite.rct.ru/curve-h10k/, свободный (дата обращения: 4.3.2014)

Инв. № подп

Подп. и дата

Взам. инв. №

нв. № дубл.

Подп. и дата

Лист

6

РТФ ПП.468515.001 ПЗ

Лит

№ докум.

Изм.

Подп.

Дата