Über ein Stahl-Drahtseil (mit isoliertem Innenleiter) übertrage ich Betriebsspannung (24V) und Daten (50khz Träger, 3,125k Phasenmodulation). Die Sendeschaltung besteht aus einem BC107 welcher über einen 1k Widerstand gegen GND schaltet. Damit die Betriebsspannung nicht "kurzgeschlossen" wird, habe ich eine 1mH Spule zum Spannungsrgler bzw. Siebkondensator in Reihe geschaltet. Der Empfänger besteht aus einem LM393 Komparator, der mit der aufmodulierten Wechselspannung schaltet. Leider hat das Drahtseil eine erhebliche Auswirkung auf die Funktion. Folgende Kabelwerte habe ich vermessen: Mechanische Länge: ca. 100m Aussenleiter ohmscher Widerstand ca. 1 Ohm (aufgewickelt) Aussenleiter ohmscher Widerstand ca. 10 Ohm (abgewickelt) Innenleiter ohmscher Widerstand ca. 12 Ohm Impedanz Z = 28 Ohm Kapazität = ca. 160 pF / m Der Verkürzungsfaktor passt mit 0,66 etwa nach Schulbuch (unbekannte Kunststoffisolation bzw. steht im Datenblatt "Wall EPC" aber ein Epsilon. Induktivitäten sind unbekannt und es ist mir auch unklar wie die praktisch zu messen wären. Oberhalb von 1Mhz nimmt die Dämpfung drastisch zu, (40-60dB) so daß keine sinnvollen Daten mehr übertragen werden können. Aus diesem Grund habe ich die Datenübertragung auf einer möglichst niedrigen Frequenz versucht. Der BC107 wird von einem uC mit Rechteckimpulsen angesteuert. Auf dem Kabel entsteht dabei ein nahezu sinusförmiges Signal was sogar gut symmetrisch ist. Peak/Peak etwa 16-30Volt. D.h. das Kabel arbeitet als Filter bzw. Schwingkreis welcher aber mit seinem hohen ohmschen Anteil auch ziemlich breitbandig ist. Eine Erhöung des Widerstands um 10 Ohm durch Abwickeln hat praktische keine Auswirkung auf die Datenübertragung. Frequenzen zwischen 30khz und 80 khz haben etwa das gleiche Resultat. Oberhalb 100khz wird die Kabeldämpfung bereits gut sichtbar, unterhalb 30khz würden die Induktivitäten zur DC Abkopplung an beiden Seiten zu groß werden. Die 50khz Eigenresonanz wurden experimentell beobachtet: Ein Einzelimpuls auf der Leitung erzeugt eine stark gedämpfte Schwingung mit ca. 50 khz. Experimente an einem 10 m langen Drahtseilstück machen noch das, was man aus dem Schulbuch erwartet. Bei einm 100m Stück ist die Dämpfung aber schon so groß, daß Messgeräte von der rücklaufenden Welle nichts mehr sehen. Längenmessungen etwa mit VNWA funktionieren deshalb nicht mehr. Impedanzrichtige Einspeisung und Abschluss bzw. Leistungsanpassung nach Schulbuch kann man auch getrost vergessen. Für einen Testaufbau möchte ich das mechanisch unhandliche Kabel nun durch eine RLC Schalttung ersetzen. Bei einem rein ohmschen Widerstand (selbst wenn er bis 100 Ohm ist) als Kabelersatz funktioniert die Datenübertragung nicht, weil die 1mH Drossel am Emfpänger in Sättigung geht und es kein Sinussignal sondern nur noch schmale Nadelimpulse gibt. Wie kann ich systematisch vorgehen, um zu einer Schaltung zu kommen, die ein 100m Kabel elektrisch nachbildet ? Die Phasendrehung zwischen Anfang und Ende beträgt fast 360 Grad, muß aber nicht unbedingt nachgebildet werden. Parallelschwingkreis ? R und C als gegeben nehmen und L variieren? Amdere Schaltung als Paralellschwingkreis?
> weil die 1mH Drossel am Emfpänger in Sättigung geht Wieviel Gleichstrom fließt max. über die Leitung? > Die 50khz Eigenresonanz wurden experimentell beobachtet 16nF || 1mH ergeben ein Resonanz bei 40kHz. > Aussenleiter ohmscher Widerstand ca. 10 Ohm (abgewickelt) Werden beide Seiten irgendwie geerdet oder hängt mindestens eine Seite in der "Luft". > Wie kann ich systematisch vorgehen, um zu einer Schaltung > zu kommen, die ein 100m Kabel elektrisch nachbildet ? Ich empfehle zu einer Spice-Simulation mit einer verlustbehafteten Transmission-Line.
> Wieviel Gleichstrom fließt max. über die Leitung? ca 50 mA, hauptsächlich um den uC im Sender zu versorgen > 16nF || 1mH ergeben ein Resonanz bei 40kHz. 100m x 160pf würden damit schon passen. Die lassen sich aber nicht "messen" weil sie auf dem Kabel "zu weit weg" sind. (Hameg LC-Meter zeigt 1nF) > Werden beide Seiten irgendwie geerdet oder hängt mindestens eine Seite > in der "Luft". Beide Seiten hängen "in der Luft" bzw. ist die Versorgung mit einem SNT potentialfrei getrennt. Im späteren Betrieb hängt das Kabel dann aber im Wasser, bzw. ist dadurch geerdet. Die Versorgung erfolgt dann aber oftmals über (ungeerdete) Notstrom-Verbrennungsmotoren. Querströme auf der Masse wo die Spulen sättigen gibt es nicht. Allerdings ziemliche Störungen von Pumpen welche mit F/U angesteuert werden. Der kapazitiv gekopplte Lagerstrom der Pumpen scheint da tatsächlich über das Wasser abzufliessen. > Ich empfehle zu einer Spice-Simulation mit einer verlustbehafteten > Transmission-Line. Mit einem T-Glied aus 6,8 Ohm - 10nF - 6,8 Ohm geht schon mal was. Allerdings verdoppelt sich beim Phasensprung für eine Periode die Frequenz was dafür spricht, dass die Resonanzfrequenz zu hoch liegt (wie auch die Rechnung zeigt). Mit 15nF Styroflex sieht auch der Phasensprung ganz ordentlich aus, mit 15nF Keramik habe ich ein Chaos mit wilden Schwingungen. Es scheint dass die Kabelinduktivität keine große Auswirkung hat...
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Hallo Janvi Es gibt kleine Unterschiede durch die Laufzeit. Es entsteht immerhin eine Phasenverschiebung von 6°. Ansonsten läßt sich das gut simulieren. Senden würde ich mit einem NF-Verstärker kapazitiv angekoppelt. Dann fließt an dieser Stelle kein Gleichstrom durch die Drossel. Mit R1 und R2 kann die Schwingkreisbedämpfung eingestellt werden. Auf jeden Fall würde ich am Ausgang des Kabels eine Bedämpfung (C2, R2) vorsehen. Gruß, Bernd
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