Simulación de línea de transmisión (física)

Necesito poder simular comunicaciones con un dispositivo sensor a lo largo de un cable largo (0-10 km). Esto es para comunicaciones de muy baja velocidad (10khz max, usualmente 1-2khz). Esto sería FSK ... pero en algún momento también tendré que manejar una señal similar a RS232 de baja velocidad.

Principalmente, estoy buscando caídas de voltaje y distorsiones de señal. El retraso no importa mucho.

¿Cómo lo harías?

EDITAR:

He podido determinar que el cable es de hecho un tipo de cable coaxial (bastante no estándar). Ahora sé resistencia y capacitancia por unidad de longitud, geometría de sección transversal, y que la resistencia de aislamiento es lo suficientemente alta como para no importar. Inicialmente no estaba claro si la línea de retorno era una carrera separada o no.

Esta sería una configuración de prueba para múltiples dispositivos de destino. La mayoría son FSK de varias opciones de frecuencia por debajo de 10khz, algunas son ASK (casi podría usar un UART estándar después de pasar / filtrar). Todos viajan en una alta compensación de CC (comunicaciones por potencia).

En el pasado, he visto a personas construir un interruptor giratorio simple que intercambia resistencias, condensadores y quizás inductores para simular una longitud de línea dada. ¿Podría ser eso lo suficientemente bueno?

Actualmente estoy tratando de construir algunas simulaciones en LTspice.

EDITAR 2:

De acuerdo, si solo agrego resistencias, tapas e inductores ... ¿cómo se ve el modelo? La red RLGC a continuación está asumiendo que los terrenos tienen el mismo potencial, creo (una suposición segura en PCB con planos de tierra). El retorno en este caso es a través de la carcasa externa, y su resistencia es probablemente 3 veces mayor que la del conductor interno. ¿Eso cambia las cosas significativamente? ¿Acabo de agregar otra resistencia en el riel inferior y dividir la capacitancia en ambos lados?

Las líneas de transmisión tienen una impedancia característica compleja. La impedancia característica se especifica típicamente "por unidad de longitud" para una línea de transmisión dada. Para fines prácticos, puede tener cuatro valores "por unidad de longitud" para una línea de transmisión: resistencia, capacitancia, inductancia y conductancia. Hay un artículo bastante extenso sobre esto en Wikipedia , y "para altas frecuencias y pequeñas pérdidas" la ecuación aproximada es:

dónde:

• x es la distancia a lo largo de la línea de transmisión
• t es el tiempo transcurrido
• L es la inductancia por unidad de longitud
• C es la capacitancia por unidad de longitud
• R es la resistencia por unidad de longitud
• G es la conductancia por unidad de longitud

Ahora, esto probablemente será de uso limitado para usted porque, si leo entre líneas aquí, parece que está planeando transmitir una señal digital (es decir, una onda cuadrada). Los bordes en la onda cuadrada son realmente de "amplio espectro". Es por eso que la mayoría de los sistemas de comunicación pasan por un paso de modulación y demodulación para limitar el espectro de la señal "en la línea". Pero creo que la ecuación anterior se aplica porque una "señal" en una onda cuadrada es analíticamente contenido de "alta frecuencia".

En cualquier caso, en el alto nivel de "estado estable" de su señal de entrada, suponiendo que su receptor tenga una alta impedancia, lo que su señal ve es un divisor de voltaje basado en la resistencia y conductancia características. Entonces debería ver (aproximadamente) Vout / Vin = G / (R + G), según el modelo:

Editar 1

Me perdí el comentario FSK (Frecuencia de cambio de teclas) en la pregunta anterior. También tuve otro pensamiento. Puede usar algo como Matlab Simulink para modelar la característica de transferencia del circuito y alimentar el modelo con una forma de onda de entrada representativa para ver lo que sale del otro lado ...

Además, si desea saber cuánto de una caída de voltaje verá, para una señal sinusoidal, todavía tiene un divisor de voltaje efectivo con una pata superior que tiene una impedancia efectiva de longitud * (R + jwL) y una inferior impedancia de la pierna de ( longitud G || 1 / ( longitud jwC )). Puede hacer las matemáticas complejas para encontrar la parte real de esa función de transferencia a una frecuencia dada (w = 2 * pi * f).

Editar 2

En respuesta a la aclaración de lo que quiere decir con simulación física, si está tratando de introducir físicamente el efecto de una línea de transmisión, simplemente configure el circuito en la figura con los valores apropiados de condensadores, inductores y resistencias, dimensionados de acuerdo con Las propiedades y la longitud de la línea de transmisión que está intentando emular.

Los fabricantes de cables le dirán cuánto se atenuará la señal por unidad de longitud dada la frecuencia de la señal.

Con respecto a las distorsiones de la señal, no estoy al tanto de nada significativo siempre que use un cable blindado. Pero no confíes en mi palabra.

La transmisión de señales de nivel RS232 a través de un cable tan largo será difícil.

Si quisiera hacerlo de verdad, use un módem telefónico estándar y un generador de voltaje de línea, si es necesario. Para la simulación, @krapht es correcto. Use STP o coaxial.