Simulation de ligne de transmission (physique)

J'ai besoin de pouvoir simuler des communications avec un dispositif capteur sur une grande longueur de fil (0-10 km). C'est pour les communications assez lentes (10 kHz max, mais généralement 1 à 2 kHz). Ce serait FSK ... mais à un moment donné, je devrais peut-être aussi gérer un signal de type RS232 à faible débit.

Surtout, je recherche des chutes de tension et des distorsions de signal. Le retard n'a pas beaucoup d'importance.

Comment vous y prendriez-vous?

ÉDITER:

J'ai pu déterminer que le câble est en effet un type de câble coaxial (assez non standard). Je connais maintenant la résistance et la capacité par unité de longueur, la géométrie de la section et la résistance d'isolement est suffisamment élevée pour ne pas avoir d'importance. Il n'était pas clair au départ si la ligne de retour était un parcours séparé ou non.

Ce serait une configuration de test pour plusieurs appareils cibles. La plupart sont des FSK de différents choix de fréquences sous 10 kHz, certains sont des ASK (vous pourriez presque utiliser un UART standard après passe-bande / filtrage). Tous roulent sur un décalage CC élevé (communications sur puissance).

Dans le passé, j'ai vu des gens construire un simple commutateur rotatif qui permute des résistances, des condensateurs et peut-être des inducteurs pour simuler une longueur de ligne donnée. Cela pourrait-il être assez bon?

J'essaie actuellement de construire quelques simulations dans LTspice.

EDIT 2:

D'accord, si je choisis simplement d'ajouter des résistances, des bouchons et des inducteurs ... à quoi ressemble le modèle? Le réseau RLGC ci-dessous suppose que les terrains sont au même potentiel, je crois (une hypothèse sûre sur les PCB avec les avions au sol). Le retour dans ce cas se fait à travers la coque extérieure, et sa résistance est probablement 3 fois supérieure à celle du conducteur intérieur. Cela change-t-il considérablement les choses? Dois-je simplement ajouter une autre résistance sur le rail inférieur et diviser la capacité des deux côtés?

Les lignes de transmission ont une impédance caractéristique complexe. L'impédance caractéristique est généralement spécifiée "par unité de longueur" pour une ligne de transmission donnée. Pour des raisons pratiques, vous pouvez avoir quatre valeurs "par unité de longueur" pour une ligne de transmission: résistance, capacité, inductance et conductance. Il y a un article assez complet à ce sujet sur Wikipedia , et "pour les hautes fréquences et les petites pertes" l'équation approximative est:

où:

• x est la distance le long de la ligne de transmission
• t est le temps écoulé
• L est l'inductance par unité de longueur
• C est la capacité par unité de longueur
• R est la résistance par unité de longueur
• G est la conductance par unité de longueur

Maintenant, cela va probablement être d'une utilité limitée pour vous parce que, si je lis entre les lignes ici, il semble que vous envisagez de transmettre un signal numérique (c'est-à-dire une onde carrée). Les bords de l'onde carrée sont vraiment "à large spectre". C'est pourquoi la plupart des systèmes de communication passent par une étape de modulation et de démodulation afin de limiter le spectre du signal "sur la ligne". Mais je pense que l'équation ci-dessus s'applique parce que le "signal" dans une onde carrée est un contenu analytiquement "haute fréquence".

Quoi qu'il en soit, dans le niveau élevé "permanent" de votre signal d'entrée, en supposant que votre récepteur soit à haute impédance, ce que votre signal voit est un diviseur de tension basé sur la résistance caractéristique et la conductance. Vous devriez donc voir (approximativement) Vout / Vin = G / (R + G), basé sur le modèle:

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J'ai raté le commentaire FSK (Frequency Shift Keying) dans la question précédente. J'ai également eu une autre pensée. Vous pouvez utiliser quelque chose comme Matlab Simulink pour modéliser la caractéristique de transfert du circuit et alimenter le modèle avec une forme d'onde d'entrée représentative pour voir ce qui sort de l'autre côté ...

De plus, si vous voulez savoir quelle quantité de chute de tension vous verrez, pour un signal sinusoïdal, vous avez toujours un diviseur de tension efficace avec une jambe supérieure ayant une impédance effective de longueur * (R + jwL) et un fond impédance de jambe de ( longueur G || 1 / ( longueur jwC )). Vous pouvez faire le calcul complexe pour trouver la partie réelle de cette fonction de transfert à une fréquence donnée (w = 2 * pi * f).

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En réponse à la clarification de ce que vous vouliez dire par simulation physique, si vous essayez d'introduire physiquement l'effet d'une ligne de transmission, configurez simplement le circuit de la figure avec des valeurs appropriées de condensateurs, d'inductances et de résistances - dimensionnées conformément à les propriétés et la longueur de la ligne de transmission que vous essayez d'émuler.

Les fabricants de câbles vous indiqueront dans quelle mesure le signal sera atténué par unité de longueur compte tenu de la fréquence du signal.

En ce qui concerne les distorsions du signal, je ne suis au courant de rien de significatif tant que vous utilisez un câble blindé. Mais ne me croyez pas sur parole.

Il sera difficile de transmettre des signaux de niveau RS232 sur une si longue longueur de câble.

Si je voulais le faire pour une utilisation réelle, utilisez un modem téléphonique standard et un générateur de tension de ligne, si nécessaire. Pour la simulation, @krapht a raison. Utilisez STP ou coaxial.