智能汽車鑰匙系統無線距離計算

吳春林

摘 要

智能鑰匙系統已經成為汽車的標準配置，本文首先分析影響汽車無線遙控距離的主要因素，再歸納總結無線作用距離的工程計算方法。

【關鍵詞】智能鑰匙 接收機 多路徑效應 車身衰減

越來越多的汽車配置了智能鑰匙系統，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， 結合在實際工作中積累的大量實驗數據， 推導出一套便于一般工程技術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，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內，可以認為路徑衰減與在自由空間里一樣，菲涅爾區與發射接收天線的高度以及電波的頻率有關， 其計算公式如下：

（2）

其中r為菲涅爾區的橢圓球截面半徑，λ為無線電波長， D為發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域內，就要增大橢圓球截面半徑，為避免橢圓球與地面交叉， 需要提高發射與接收天線的高度， 但在汽車使用環境下，很難提高天線的高度。

2 多路徑效應

在實際汽車應用環境中，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，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，對于433.92MHz一般水泥公路的反射系數在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， 相位就會發生180°變化，無線接收機接收到的信號強度與發射器離汽車的距離呈非線性變化，假設發射器與汽車接收機距離為D，接收機天線高度為HAn1，發射器高度為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的衰減也不容忽視，根據其安裝位置以及其周圍環境，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，它可以通過標準全向天線，標準信號發生器與頻譜分析儀測量得到。

4 無線距離計算

發射器的發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計算再加上測量車身的衰減得出來；無線發射器的最低功率，通過發射天線，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低于接收機的靈敏度，假設發射器功率為PTX，發射天線增益為GANTx，路徑損耗為LP，接收天線增益為GANRx，接收機靈敏度為S0，當滿足下列公式時，則無線距離滿足設計要求。

在實際工作中，可以利用Microsoft Office excel電子表格的計算功能設置好模版，便于快速得出設計結果。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境下，以汽車幾何中心為圓心，半徑100米以內沒有其它障礙物， 地面為標準瀝青水泥地面。

5 結語

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

作者單位

法雷奧全球電子研發中心 廣東省深圳市 518128