智能汽車鑰匙系統(tǒng)無線距離計算

吳春林

摘 要

智能鑰匙系統(tǒng)已經(jīng)成為汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置，本文首先分析影響汽車無線遙控距離的主要因素，再歸納總結(jié)無線作用距離的工程計算方法。

【關(guān)鍵詞】智能鑰匙 接收機 多路徑效應(yīng) 車身衰減

越來越多的汽車配置了智能鑰匙系統(tǒng)，無線作用距離的問題也越來越受到人們的重視，本文旨在從描敘無線傳播的基本特點出發(fā)， 結(jié)合在實際工作中積累的大量實驗數(shù)據(jù)， 推導(dǎo)出一套便于一般工程技術(shù)人員對汽車無線作用距離計算的方法。

1 無線電波在自由空間的衰減

無線電波在自由空間的衰減與傳播距離及其波長有關(guān)，其計算公式如下：

（其中LP為路徑衰減量，d為路徑長度，λ為無線電波長 ）

自由空間在實際生活中幾乎不存在， 但是如果傳播路徑剛好落在菲涅爾區(qū)內(nèi)，可以認(rèn)為路徑衰減與在自由空間里一樣，菲涅爾區(qū)與發(fā)射接收天線的高度以及電波的頻率有關(guān)， 其計算公式如下：

（2）

其中r為菲涅爾區(qū)的橢圓球截面半徑，λ為無線電波長， D為發(fā)射與接收天線間的直線距離要提高無線距離并使其落在菲涅爾區(qū)域內(nèi)，就要增大橢圓球截面半徑，為避免橢圓球與地面交叉， 需要提高發(fā)射與接收天線的高度， 但在汽車使用環(huán)境下，很難提高天線的高度。

2 多路徑效應(yīng)

在實際汽車應(yīng)用環(huán)境中，無線接收機不僅接收到直射波， 還接收到來自人體與地面的反射波， 在開闊平地，電波傳播途徑主要有四種：

（1）黑色部分是智能鑰匙到汽車無線接收機的直射途徑；

（2）粉紅色部分是電波由智能鑰匙直射到人體，被人體反射一部分到接收機，αbody為人體反射系數(shù)，對于433.92MHz頻段其值一般在0.25左右；

（3）綠色部分是電波直射到地面再反射到接收機，αfloor為地面反射系數(shù)，對于433.92MHz一般水泥公路的反射系數(shù)在0.65左右，如圖1所示。

最終無線接收機總共收到4個不同路徑的信號，由于各個路徑的長度不同，再考慮到電波每反射一次， 相位就會發(fā)生180°變化，無線接收機接收到的信號強度與發(fā)射器離汽車的距離呈非線性變化，假設(shè)發(fā)射器與汽車接收機距離為D，接收機天線高度為HAn1，發(fā)射器高度為HAn2，各個路徑分別傳送到接收機的信號電壓幅度計算公式如下：

2.1 通過路徑R1到接收機信號電壓幅度

由于為直射波，所以接收機信號強度衰減與自由空間衰減幾乎一致，考慮到空氣與水份等影響， 實際衰減會比在自由空間中要多一些，對于433.92MHz的頻段，工程應(yīng)用中一般為22.5dB每十倍程 （在雨霧天氣下這個值會更高一些），所以直射波在接收機上歸一化電壓幅度為：

2.2 通過路徑R2到接收機信號電壓幅度

2.3 通過路徑R3到接收機信號電壓幅度

2.4 通過路徑R4到接收機信號電壓幅度

最終接收機收到的信號電壓由上述4個電壓疊加而成， 其它多次路徑也存在， 但可以忽略不計。

3 車身衰減

通過多路徑的分析可以計算出在開闊平地，智能鑰匙與位于汽車接收機間的無線信號衰減量；另外無線接收機在車身內(nèi)的衰減也不容忽視，根據(jù)其安裝位置以及其周圍環(huán)境，在不同的汽車上面會有不同的衰減量LV，通常這個值在6dB與25dB之間，它可以通過標(biāo)準(zhǔn)全向天線，標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器與頻譜分析儀測量得到。

4 無線距離計算

發(fā)射器的發(fā)射功率與接收機的靈敏度可以在實驗室里測量出來，而傳播途徑上的衰減值可以通過上述多路徑效應(yīng)計算再加上測量車身的衰減得出來；無線發(fā)射器的最低功率，通過發(fā)射天線，空間傳播途徑以及接收天線之后，到達接收機的信號強度不應(yīng)低于接收機的靈敏度，假設(shè)發(fā)射器功率為PTX，發(fā)射天線增益為GANTx，路徑損耗為LP，接收天線增益為GANRx，接收機靈敏度為S0，當(dāng)滿足下列公式時，則無線距離滿足設(shè)計要求。

在實際工作中，可以利用Microsoft Office excel電子表格的計算功能設(shè)置好模版，便于快速得出設(shè)計結(jié)果。需要說明的是， 路徑衰減值的計算基于汽車與智能鑰匙在開放的環(huán)境下，以汽車幾何中心為圓心，半徑100米以內(nèi)沒有其它障礙物， 地面為標(biāo)準(zhǔn)瀝青水泥地面。

5 結(jié)語

無線作用距離在實際應(yīng)用中受到更多更復(fù)雜因素的影響，本文拋磚引玉，嘗試從一個相對標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境里來計算與評估無線作用距離，便于設(shè)計者與客戶之間達成一個相對切合實際的設(shè)計目標(biāo)。

作者單位

法雷奧全球電子研發(fā)中心 廣東省深圳市 518128