传输线模拟（物理）

我需要能够在较长的电线（0-10km）上模拟与传感器设备的通信。这是用于速度很慢的通讯（最大10khz，但通常为1-2khz）。这将是FSK ...但是在某些时候我可能还必须处理类似RS232的低波特率信号。

通常，我正在寻找电压降和信号失真。延迟没有多大关系。

你会怎么做？

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我已经能够确定电缆确实是（相当不标准的）同轴电缆类型。我现在知道每单位长度的电阻和电容，横截面的几何形状，以及绝缘电阻足够高而无所谓。最初还不清楚返回线是否是单独运行的。

这将是针对多个目标设备的测试设置。大多数是10khz以下各种频率选择的FSK，有些是ASK（在带通/滤波之后，您几乎可以使用标准UART）。所有人都靠着较高的直流偏移（功率交流）。

过去，我见过人们构建一个简单的旋转开关，该开关可以交换电阻器，电容器甚至电感器来模拟给定的线长。这样够好吗？

我目前正在尝试在LTspice中建立一些模拟。

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好吧，如果我只添加电阻，电容和电感……该模型是什么样的？下面的RLGC网络假定地线的电位相同（我认为是安全的假设，带有接地层的PCB​​）。这种情况下的返回是通过外壳，其电阻可能比内部导体高3倍。这会显着改变事情吗？我是否只需在底轨上添加另一个电阻，并在其两侧分配电容？

传输线具有复杂的特性阻抗。对于给定的传输线，通常将特征阻抗指定为“每单位长度”。出于实际目的，传输线可能有四个“每单位长度”值：电阻，电容，电感和电导。在Wikipedia上有大量有关此的文章，“对于高频和小损耗”，近似方程为：

哪里：

• x是沿着传输线的距离
• t是经过时间
• L是每单位长度的电感
• C是每单位长度的电容
• R是单位长度的电阻
• G是单位长度的电导

现在，这可能对您来说用途有限，因为如果我在这里在两行之间阅读，听起来您打算传输数字信号（即方波）。方波的边缘实际上是“广谱”。这就是为什么大多数通信系统都要经过调制和解调步骤，以限制“在线”信号频谱的原因。但我认为上述方程式确实适用，因为方波中的“信号”在分析上是“高频”内容。

无论如何，在输入信号处于“稳态”高电平的情况下，假设接收器具有高阻抗，则信号所看到的就是基于特性电阻和电导的分压器。因此，您应该基于模型看到（大约）Vout / Vin = G /（R + G）：

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我错过了前面问题中的FSK（频移键控）注释。我也有另一个想法。您可以使用Matlab Simulink之类的东西来对电路的传输特性进行建模，并向模型提供代表性的输入波形，以查看另一端产生的结果...

另外，如果您想知道会看到多少电压降，对于正弦信号，您仍然可以使用一个有效的分压器，其上肢的有效阻抗为长度*（R + jwL），下肢为腿阻抗为（G 长度|| 1 /（jwC长度））。您可以执行复杂的数学运算，以找到给定频率（w = 2 * pi * f）的传递函数的实部。

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为了澄清物理模拟的含义，如果您试图物理地介绍传输线的影响，只需在图中设置具有适当值的电容器，电感器和电阻器的电路即可-根据您要模拟的传输线的属性和长度。

电缆制造商会告诉您，给定信号频率，每单位长度的信号将衰减多少。

关于信号失真，只要您使用屏蔽电缆，我就不会发现任何重大问题。但是不要相信我。

很难通过这么长的电缆传输RS232电平信号。

如果我想真正使用它，可以根据需要使用标准电话调制解调器和线电压发生器。对于模拟，@ krapht是正确的。使用STP或同轴电缆。