被動(dòng)門禁系統(tǒng)中RF設(shè)計(jì)的考慮事項(xiàng)

被動(dòng)門禁系統(tǒng)中的RF通信

愛特梅爾提供廣泛的UHF IC，這些芯片專為ISM頻率范圍上的單向或雙向通信而設(shè)計(jì)，適用于汽車門禁系統(tǒng)等車載應(yīng)用。如用于單向通信的 T5750/53/54、ATA5756/57發(fā)射器系列和 ATA5723/24/28、ATA5745/46接收器系列。至于雙向通信，則有收發(fā)器系列ATA5811/12和ATA5823/24。表1總結(jié)了設(shè)計(jì)被動(dòng)門禁系統(tǒng)時(shí)必須考慮的RF事項(xiàng)。

表2：不同類型天線的優(yōu)缺點(diǎn)比較

RF設(shè)計(jì)中討論最多的是可接收距離，當(dāng)然還有系統(tǒng)可靠性。一般而言，一個(gè)RF系統(tǒng)包含一個(gè)發(fā)射器模塊(本例中即為密鑰卡)和一個(gè)接收器模塊。要設(shè)計(jì)出最好的解決方案，必須考慮到發(fā)射功率和靈敏度這兩個(gè)主要參數(shù)。例如，愛特梅爾的收發(fā)器IC ATA5824就能夠提供 典型值達(dá)-109 dBm 的出色頻移鍵控(Frequency Shift Keying, FSK)靈敏度(在2.4kBps的數(shù)據(jù)速率下)和典型值達(dá)10dBm 的發(fā)射功率，這有助于汽車門禁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)十分理想的覆蓋距離。

圖5 車輛天線2D輻射模式實(shí)例

天線性能

要獲得一個(gè)最佳系統(tǒng)鏈路成本預(yù)算和盡可能大的覆蓋距離，除了發(fā)射功率和靈敏度等RF參數(shù)之外，天線的性能也是至關(guān)重要的。在大多數(shù)情況下，天線設(shè)計(jì)必須在可用空間和天線尺寸之間進(jìn)行權(quán)衡折衷。鑒于此，密鑰卡中往往不能實(shí)現(xiàn)最佳天線形狀，而更常采用小型環(huán)形天線。環(huán)形天線是一種磁性天線，在密鑰卡應(yīng)用中，這類天線比鞭形（whip）天線更有用，因?yàn)榄h(huán)形天線對(duì)人體接觸不太敏感。不過，有些應(yīng)用因?yàn)榘l(fā)射距離長，故可能需要高效天線，這時(shí)，(折疊式)鞭形天線也許是很適合的密鑰卡解決方案。有些天線制造商提供芯片式天線，相比印制式天線，其品質(zhì)因數(shù)(Q因子)和增益都更高。如果系統(tǒng)的成本不是關(guān)鍵因素的話，這也是一種很好的解決方案。在車輛中，天線的尺寸并不算相當(dāng)重要，有的汽車把天線放在車窗上(比如后車窗)，但最流行的解決方案是放置在接收模塊的PCB上的印制式天線。表2總結(jié)了這兩類天線的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

圖6 密鑰卡天線2D輻射模式實(shí)例

接地噪聲反射

在實(shí)際生活中，由于反射和衰退效應(yīng)，環(huán)境影響著系統(tǒng)鏈路預(yù)算的衰減。在定義系統(tǒng)的鏈路預(yù)算時(shí)，必須把這些因素考慮在內(nèi)。下面通過一個(gè)計(jì)算例子來說明接地噪聲(接地反彈)反射對(duì)可接收距離的影響：

舉例：

接收器靈敏度：典型值

-109dBm，433.92MHz

發(fā)射功率：典型值10dBm

發(fā)射器天線增益：-18dB (接近小尺寸環(huán)形天線的性能)

本例中假設(shè)接收器的天線增益為-6dB

如果接地噪聲反射可以忽略，按照自由空間方程，可計(jì)算出距離大約為3km。然而本例考慮到了接地噪聲反射，典型可接收距離降至300m。當(dāng)然，實(shí)際中接地噪聲反射遠(yuǎn)比本例的更為復(fù)雜。圖7顯示了反射效應(yīng)是如何影響車輛天線的接收功率的。紅色曲線代表自由空間條件下的理想情況，而藍(lán)色曲線代表有人慢慢走近汽車時(shí)的行為。

圖7 反射效應(yīng)對(duì)868MHz下系統(tǒng)接收信號(hào)功率的影響