智能汽车钥匙系统无线距离计算

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摘 要

智能钥匙系统已经成为汽车的标准配置，本文首先分析影响汽车无线遥控距离的主要因素，再归纳总结无线作用距离的工程计算方法。

【关键词】智能钥匙 接收机 多路径效应 车身衰减

越来越多的汽车配置了智能钥匙系统，无线作用距离的问题也越来越受到人们的重视，本文旨在从描叙无线传播的基本特点出发， 结合在实际工作中积累的大量实验数据， 推导出一套便于一般工程技术人员对汽车无线作用距离计算的方法。

1 无线电波在自由空间的衰减

无线电波在自由空间的衰减与传播距离及其波长有关，其计算公式如下：

（其中LP为路径衰减量，d为路径长度，λ为无线电波长 ）

自由空间在实际生活中几乎不存在， 但是如果传播路径刚好落在菲涅尔区内，可以认为路径衰减与在自由空间里一样，菲涅尔区与发射接收天线的高度以及电波的频率有关， 其计算公式如下：

（2）

其中r为菲涅尔区的椭圆球截面半径，λ为无线电波长， D为发射与接收天线间的直线距离要提高无线距离并使其落在菲涅尔区域内，就要增大椭圆球截面半径，为避免椭圆球与地面交叉， 需要提高发射与接收天线的高度， 但在汽车使用环境下，很难提高天线的高度。

2 多路径效应

在实际汽车应用环境中，无线接收机不仅接收到直射波， 还接收到来自人体与地面的反射波， 在开阔平地，电波传播途径主要有四种：

（1）黑色部分是智能钥匙到汽车无线接收机的直射途径；

（2）粉红色部分是电波由智能钥匙直射到人体，被人体反射一部分到接收机，αbody为人体反射系数，对于433.92MHz频段其值一般在0.25左右；

（3）绿色部分是电波直射到地面再反射到接收机，αfloor为地面反射系数，对于433.92MHz一般水泥公路的反射系数在0.65左右，如图1所示。

最终无线接收机总共收到4个不同路径的信号，由于各个路径的长度不同，再考虑到电波每反射一次， 相位就会发生180°变化，无线接收机接收到的信号强度与发射器离汽车的距离呈非线性变化，假设发射器与汽车接收机距离为D，接收机天线高度为HAn1，发射器高度为HAn2，各个路径分别传送到接收机的信号电压幅度计算公式如下：

2.1 通过路径R1到接收机信号电压幅度

由于为直射波，所以接收机信号强度衰减与自由空间衰减几乎一致，考虑到空气与水份等影响， 实际衰减会比在自由空间中要多一些，对于433.92MHz的频段，工程应用中一般为22.5dB每十倍程 （在雨雾天气下这个值会更高一些），所以直射波在接收机上归一化电压幅度为：

2.2 通过路径R2到接收机信号电压幅度

2.3 通过路径R3到接收机信号电压幅度

2.4 通过路径R4到接收机信号电压幅度

最终接收机收到的信号电压由上述4个电压叠加而成， 其它多次路径也存在， 但可以忽略不计。

3 车身衰减

通过多路径的分析可以计算出在开阔平地，智能钥匙与位于汽车接收机间的无线信号衰减量；另外无线接收机在车身内的衰减也不容忽视，根据其安装位置以及其周围环境，在不同的汽车上面会有不同的衰减量LV，通常这个值在6dB与25dB之间，它可以通过标准全向天线，标准信号发生器与频谱分析仪测量得到。

4 无线距离计算

发射器的发射功率与接收机的灵敏度可以在实验室里测量出来，而传播途径上的衰减值可以通过上述多路径效应计算再加上测量车身的衰减得出来；无线发射器的最低功率，通过发射天线，空间传播途径以及接收天线之后，到达接收机的信号强度不应低于接收机的灵敏度，假设发射器功率为PTX，发射天线增益为GANTx，路径损耗为LP，接收天线增益为GANRx，接收机灵敏度为S0，当满足下列公式时，则无线距离满足设计要求。

在实际工作中，可以利用Microsoft Office excel电子表格的计算功能设置好模版，便于快速得出设计结果。需要说明的是， 路径衰减值的计算基于汽车与智能钥匙在开放的环境下，以汽车几何中心为圆心，半径100米以内没有其它障碍物， 地面为标准沥青水泥地面。

5 结语

无线作用距离在实际应用中受到更多更复杂因素的影响，本文抛砖引玉，尝试从一个相对标准的环境里来计算与评估无线作用距离，便于设计者与客户之间达成一个相对切合实际的设计目标。

作者单位

法雷奥全球电子研发中心 广东省深圳市 518128