Simulasi jalur transmisi (fisik)

Saya harus dapat mensimulasikan komunikasi dengan perangkat sensor melalui kabel besar (0-10km). Ini untuk komunikasi dengan kecepatan sangat rendah (maks 10khz, biasanya 1-2khz). Ini akan menjadi FSK ... tetapi pada titik tertentu saya mungkin harus menangani sinyal RS232 baud rendah juga.

Sebagian besar, saya mencari penurunan tegangan dan distorsi sinyal. Keterlambatan tidak terlalu menjadi masalah.

Bagaimana Anda melakukannya?

EDIT:

Saya sudah bisa menentukan kabel memang jenis coax (cukup tidak standar). Saya sekarang tahu resistansi dan kapasitansi per satuan panjang, geometri penampang, dan resistansi insulasi yang cukup tinggi tidak masalah. Awalnya tidak jelas apakah garis kembali dijalankan terpisah atau tidak.

Ini akan menjadi pengaturan uji untuk beberapa perangkat target. Sebagian besar adalah FSK dari berbagai pilihan frekuensi di bawah 10khz, ada yang ASK (Anda hampir bisa menggunakan UART standar setelah bandpass / filtering). Semua mengendarai offset DC tinggi (comms over power).

Di masa lalu, saya telah melihat orang membangun saklar putar sederhana yang menukar resistor, kapasitor, dan mungkin induktor untuk mensimulasikan panjang garis yang diberikan. Mungkinkah itu cukup baik?

Saat ini saya mencoba membuat beberapa simulasi di LTspice.

EDIT 2:

Oke, jika saya hanya menambahkan resistor, penutup, dan induktor ... seperti apa modelnya? Jaringan RLGC di bawah ini mengasumsikan dengan alasan saya memiliki potensi yang sama (asumsi yang aman untuk PCB dengan pesawat ground). Pengembalian dalam kasus ini adalah melalui cangkang luar, dan resistensi itu mungkin 3 kali lebih tinggi dari konduktor dalam. Apakah itu mengubah banyak hal secara signifikan? Apakah saya hanya menambahkan resistor lain di rel bawah, dan membagi kapasitansi di kedua sisi itu?

Saluran transmisi memiliki impedansi karakteristik yang kompleks. Impedansi karakteristik biasanya ditentukan "per satuan panjang" untuk saluran transmisi yang diberikan. Untuk tujuan praktis, Anda mungkin memiliki empat nilai "per satuan panjang" untuk saluran transmisi: resistansi, kapasitansi, induktansi, dan konduktansi. Ada artikel yang cukup luas tentang ini di Wikipedia , dan "untuk frekuensi tinggi dan kerugian kecil" persamaan perkiraannya adalah:

dimana:

• x adalah jarak di sepanjang garis tranmisi
• t adalah waktu yang telah berlalu
• L adalah induktansi per satuan panjang
• C adalah kapasitansi per satuan panjang
• R adalah resistansi per satuan panjang
• G adalah konduktansi per satuan panjang

Sekarang ini mungkin akan menjadi penggunaan terbatas bagi Anda karena, jika saya membaca yang tersirat di sini, sepertinya Anda berencana untuk mengirimkan sinyal digital (yaitu gelombang persegi). Tepi dalam gelombang persegi benar-benar "spektrum luas." Itulah sebabnya sebagian besar sistem komunikasi melalui langkah modulasi dan demodulasi untuk membatasi spektrum sinyal "di telepon". Tapi saya pikir persamaan di atas berlaku karena "sinyal" dalam gelombang persegi adalah konten "frekuensi tinggi" secara analitis.

Bagaimanapun, dalam "kondisi mapan" tingkat tinggi dari sinyal input Anda, dengan asumsi penerima Anda adalah impedansi tinggi, apa yang dilihat sinyal Anda adalah pembagi tegangan berdasarkan pada karakteristik resistensi dan konduktansi. Jadi Anda harus melihat (kurang-lebih) Vout / Vin = G / (R + G), berdasarkan model:

Edit 1

Saya melewatkan komentar FSK (Frequency Shift Keying) dalam pertanyaan sebelumnya. Saya juga punya pemikiran lain. Anda dapat menggunakan sesuatu seperti Matlab Simulink untuk memodelkan karakteristik transfer rangkaian, dan memberi makan model dengan bentuk gelombang input yang representatif untuk melihat apa yang keluar dari sisi lain ...

Juga, jika Anda ingin tahu seberapa besar penurunan tegangan yang akan Anda lihat, untuk sinyal sinusoidal, Anda masih memiliki pembagi tegangan efektif dengan kaki atas yang memiliki impedansi panjang efektif * (R + jwL) dan bagian bawah impedansi kaki dari ( panjang G || 1 / ( panjang jwC )). Anda dapat melakukan matematika kompleks untuk menemukan bagian sebenarnya dari fungsi transfer tersebut pada frekuensi tertentu (w = 2 * pi * f).

Edit 2

Menanggapi klarifikasi dari apa yang Anda maksud dengan simulasi fisik, jika Anda mencoba untuk secara fisik memperkenalkan efek dari saluran transmisi, cukup buat rangkaian pada gambar dengan nilai kapasitor, induktor, dan resistor yang sesuai dengan ukuran sesuai dengan properti dan panjang saluran transmisi yang ingin Anda tiru.

Produsen kabel akan memberi tahu Anda berapa banyak sinyal akan dilemahkan per satuan panjang mengingat frekuensi sinyal.

Mengenai distorsi sinyal, saya tidak mengetahui sesuatu yang signifikan selama Anda menggunakan kabel berpelindung. Tapi jangan mengambil kata-kata saya untuk itu.

Mengirimkan sinyal level RS232 dalam jangka panjang kabel akan sulit.

Jika saya ingin melakukannya secara nyata, gunakan modem telepon standar dan generator voltase saluran, jika perlu. Untuk simulasi @krapht benar. Gunakan STP atau coax.