在遠(yuǎn)程無(wú)鑰匙進(jìn)入 （RKE） 系統(tǒng)中，通過(guò)從遙控鑰匙發(fā)送到汽車接收器的無(wú)線電代碼從遠(yuǎn)處解鎖汽車。RKE系統(tǒng)通常在包括315MHz和433.92MHz在內(nèi)的免許可ISM頻段的頻率下運(yùn)行。隨著遠(yuǎn)程啟動(dòng)功能和帶驗(yàn)證功能的雙向RKE的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)人員希望增加這些短程器件的可用范圍。用高頻、容差鎖相環(huán)發(fā)射器代替SAW諧振器發(fā)射器，可以使用帶寬較窄的接收器。RFIC接收器利用這些較窄的帶寬來(lái)提高靈敏度，從而增加可用范圍。一旦確定了發(fā)射功率和接收器靈敏度，信號(hào)從發(fā)射器到接收器的路徑損耗是可用范圍的主要決定因素。本應(yīng)用筆記描述了無(wú)線電信號(hào)的接地反彈如何影響路徑損耗，并給出了路徑損耗的簡(jiǎn)化近似公式。圖表將路徑損失預(yù)測(cè)為空停車場(chǎng)距離的函數(shù)。最后，該說(shuō)明提供了預(yù)測(cè)多路徑信號(hào)和阻塞影響的指南。

介紹

在遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入 （RKE） 系統(tǒng)中，汽車駕駛員通過(guò)將編碼無(wú)線電信號(hào)從遙控鑰匙通過(guò)空中傳輸?shù)狡囍械慕邮掌鱽?lái)解鎖汽車。接收器解碼信號(hào)并控制打開(kāi)門(mén)的執(zhí)行器。

RKE系統(tǒng)的一個(gè)重要性能基準(zhǔn)是其有用范圍。此范圍由鏈路預(yù)算計(jì)算確定，其中最關(guān)鍵的因素是從密鑰卡傳輸?shù)墓β省⒔邮掌鞯撵`敏度和路徑損耗。通過(guò)仔細(xì)匹配遙控鑰匙中的小天線，可以提高發(fā)射功率。使用鎖相環(huán)發(fā)送器（如MAX1479）和鎖相環(huán)RFIC接收器（如MAX1471）可以提高靈敏度。本應(yīng)用筆記僅關(guān)注路徑損耗。它顯示了路徑損耗如何取決于發(fā)射器和接收器之間的距離、無(wú)線電傳輸?shù)念l率以及發(fā)射器相對(duì)于接收器的高度。

接地反彈時(shí)的路徑損耗

在“空停車場(chǎng)”環(huán)境中，超過(guò)幾米的路徑損耗的最顯著特征是它隨著距離的 4 次方而變化，而不是自由空間傳輸中距離的平方。實(shí)際上，路徑損耗與頻率無(wú)關(guān)，對(duì)于具有單位天線增益的小天線，路徑損耗遵循一個(gè)非常簡(jiǎn)單的公式：

其中 R 是發(fā)射器和接收器之間的水平距離，h1是發(fā)射器高度，h2是接收器高度。

我們是如何得到這樣一個(gè)緊湊、易于記憶的路徑損耗方程的？簡(jiǎn)短的回答是“地面反彈”。在靠近地面的任何位置，無(wú)線電傳輸都采用從發(fā)射器到接收器的直接路徑和接地反彈路徑，如圖1所示。

圖1.地面反彈路徑損耗圖。

地面反彈貢獻(xiàn)可以被認(rèn)為是鏡子的反射。它以傳統(tǒng)地形的180°相移反射，并且比直接貢獻(xiàn)的行進(jìn)距離更長(zhǎng)。這兩個(gè)貢獻(xiàn)在接收器處重新結(jié)合，如果不是因?yàn)槁窂介L(zhǎng)度差異，它們將完全抵消。

直接和地面反彈距離由公式2和3給出。

對(duì)于 R、R1/ 12>>小時(shí)1， h2，這些表達(dá)式由公式 4 和公式 5 近似。

兩個(gè)距離之間的差值由公式6給出。

地面反彈是多徑傳輸?shù)囊粋€(gè)簡(jiǎn)單示例：發(fā)射的無(wú)線電波從多個(gè)表面反彈，導(dǎo)致具有不同幅度和延遲的多個(gè)信號(hào)到達(dá)接收器。

在自由空間中，只有一條傳輸路徑，接收器處的信號(hào)功率由公式7給出：

其中 PR為接收功率，PT是發(fā)射功率，GT是發(fā)射器天線增益，GR是接收天線增益，λ是波長(zhǎng)。

回想一下，當(dāng)接地存在時(shí)，傳輸?shù)墓β什捎脙蓷l路徑：直接和地面反彈。有很多方法可以模擬這種傳輸 - 其中大多數(shù)都值得研究生論文。顯示第二條路徑效果的一種合理而直觀的方法是假設(shè)一半的功率進(jìn)入直接路徑，一半進(jìn)入地面反彈路徑。因此，有兩個(gè)相位略有不同的電壓在接收天線處減去（記住反射的180°相位反轉(zhuǎn)）。公式8顯示了這兩個(gè)電壓組合的復(fù)數(shù)表示。

兩個(gè)電壓，V1和 V2，對(duì)于大多數(shù)平地條件，其幅度幾乎相同。我們可以將 V 視為“電壓”（在本例中為伏特/歐姆）1/2），等于接收功率的一半平方根，或如公式9所示：

接收到的功率只是公式8中組合電壓的平方幅度。

將公式9中的V代入，并將復(fù)指數(shù)項(xiàng)組合成三角函數(shù)，將精確路徑損耗的方程降低為：

如果我們將等式 6 中 ΔR 的近似值代入等式 11，并將 sinx 近似≈ x，我們得到以下簡(jiǎn)化表達(dá)式：

對(duì)于具有寬角度覆蓋范圍的小型天線，天線增益幾乎是統(tǒng)一的。將公式 12 表示為 P 的比率R/PT并設(shè)置 GT= GR= 1，得出等式 1 的近似值。

圖2和圖3顯示了具有單位增益的天線在315MHz和434MHz處的路徑損耗方程圖。包括公式7的自由空間路徑損耗、公式11給出的精確路徑損耗以及公式12給出的近似路徑損耗。我們可以看到，確切的路徑損耗在近距離上變化很大，并且取決于信號(hào)頻率。

從這兩個(gè)圖中可以看出，考慮到圖1中的典型RKE幾何形狀，10米距離處的路徑損耗可以用自由空間路徑損耗來(lái)近似。這是因?yàn)樵?00MHz至400MHz處，直接貢獻(xiàn)和地面反彈貢獻(xiàn)的距離相差約四分之一的波長(zhǎng)，導(dǎo)致90度的相位差。這意味著這兩項(xiàng)貢獻(xiàn)既沒(méi)有建設(shè)性的，也沒(méi)有破壞性的增加。

但是，在距離大于 10 米時(shí)，路徑損耗變化為 R-4，這意味著公式1中的表達(dá)式是針對(duì)距車輛中長(zhǎng)距離的路徑損耗的非常有用的快速計(jì)算方法。實(shí)際上，對(duì)于相等的發(fā)射和接收高度h，以dB為單位的路徑損耗很簡(jiǎn)單：

也就是說(shuō)，對(duì)于1米高的發(fā)射器和接收器，1km處的路徑損耗為-123dB。

圖2.從RKE遙控鑰匙到車輛接收器的315MHz信號(hào)的路徑損耗。

圖3.從RKE遙控鑰匙到車輛接收器的434MHz信號(hào)的路徑損耗。

使用路徑損耗計(jì)算的提示

來(lái)自發(fā)射器的功率在直接路徑和接地路徑之間分配的方式并不精確。這就是為什么公式12和13中的表達(dá)式有時(shí)會(huì)有2倍的變化，具體取決于模型。然而，重要的是，本應(yīng)用筆記中的表達(dá)式非常接近可實(shí)現(xiàn)的最佳范圍性能，并描述了路徑損耗如何隨高度和距離而變化。

自由空間損失模型可用于距離車輛 10 米以下的范圍，只要您了解該 10 米內(nèi)的地面反彈反射可能會(huì)發(fā)生很大變化。對(duì)于在無(wú)障礙環(huán)境中大于 10 米的范圍，R-4可以使用近似值。

任何其他散射表面的存在都會(huì)增加任何給定距離處路徑損耗的變化。任何障礙物（停車場(chǎng)的其他汽車、燈桿、低矮的建筑物等）都會(huì)產(chǎn)生更多的反彈路徑，衍射無(wú)線電波，在混凝土建筑物的情況下，會(huì)衰減它們。這意味著 R-4損失行為，盡管與自由空間損失相比看起來(lái)很糟糕，但實(shí)際上非常樂(lè)觀。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，一個(gè)好的準(zhǔn)則是從公式20中的“空停車場(chǎng)”損耗中減去1dB，以允許來(lái)自多個(gè)表面的瞬時(shí)衰落。如果遙控鑰匙位于建筑物內(nèi)（例如，在遠(yuǎn)程啟動(dòng)應(yīng)用中），則從公式30中的損耗中減去40dB至1dB。

歸根結(jié)底，確定最大范圍的最可靠方法是通過(guò)實(shí)證測(cè)試。上面的近似值是一個(gè)參考點(diǎn)或“健全性檢查”，從中開(kāi)始測(cè)量。

審核編輯：郭婷