高級射頻工程師：從不同角度看智能汽車

　　初看起來，射頻技術(shù)與汽車技術(shù)沒有太多關(guān)系。一個是訊號的發(fā)射與接收，另一個則是動力傳遞與速度提升。不過，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以及人們對于生活觀念的改變，首先是汽車開始逐步進入每一個家庭，人們對于汽車的依賴性越來越高；進一步地，人們除了對于汽車的機動特性及節(jié)能防污提出各種不同的要求之外，對于汽車駕駛的舒適性與安全性，以及汽車本身的多功能性亦在廣泛的層面上提出需求并尋找解決方案。

　　早在上個世紀中期，電子技術(shù)已在汽車這個傳統(tǒng)行業(yè)找到了多方位的應用。隨著廣播與電視等信息娛樂的普及，加之電磁兼容問題的重要性，射頻技術(shù)在汽車這個小而全的子系統(tǒng)里開始扮演著舉足輕重的角色。

　　電磁兼容性幾乎是安全可靠的代名詞

　　我們先來看一下電磁兼容問題中與射頻技術(shù)密切相關(guān)的干擾源。汽車內(nèi)部最強的電磁干擾源是點火系統(tǒng)，其產(chǎn)生的電磁訊號具有極短高能脈沖的特點，因此，這種干擾不僅強度高，而且涉及的頻率范圍非常寬；雖然混合動力汽車技術(shù)已有極大的發(fā)展，有關(guān)其電力動力部分與已有的動力系統(tǒng)之間的相互影響依然需要進行深入的研究，CISPR標準將逐步發(fā)表相應的規(guī)范。

　　此外，通常車內(nèi)都安裝各種電機，如雨刷器，風扇，發(fā)電機等等，這類設備由于機電能量之間的轉(zhuǎn)換或多或少地都會產(chǎn)生干擾訊號；所有這些干擾訊號可能藉由車內(nèi)的各種布線以有線的方式傳到車內(nèi)的其他部分，亦有可能以無線的方式在車內(nèi)輻射。由于汽車構(gòu)造的多樣性與復雜性，給分析這些干擾訊號具體的傳播方式帶來了相當大的困難，通常只能藉由實際量測對其進行分析；此外，各種車內(nèi)控制器與監(jiān)測器一般都使用數(shù)字電路，雖然這類電路有其固有的訊號特性，但基于上述同樣的原因，通常也要藉由實際量測，否則依舊很難對其所可能產(chǎn)生的干擾影響進行詳盡的分析；不僅如此，廣播與電視訊號、各種信息及娛樂電子設備所使用的無線電波等等，亦都是潛在的干擾源。

　　從射頻技術(shù)角度來說，上述各種輻射所產(chǎn)生的干擾訊號可延伸至幾百兆赫茲（MHz）甚至更高的頻率范圍，一旦其強度達到一定數(shù)值，就有可能對其他電子設備的正常運作造成負面影響；因此，量測及限制干擾訊號是汽車電子技術(shù)中的重要一環(huán)。

　　量測干擾訊號可依方法與環(huán)境分為：定性檢測與除錯，預測試，預認證測試，及認證測試；而且，所使用的量測儀器也不盡相同；與此相關(guān)的國際標準以及各大汽車制造公司所制訂的標準可作為量測的基礎，除了量測及限制干擾訊號，提高汽車電子設備的抗干擾能力亦是不容忽視的。

　　天線無疑與車載資訊娛樂密不可分

　　信息與娛樂一直是人們生活中不可或缺的部分，特別是在現(xiàn)階段經(jīng)濟與技術(shù)高度成長的社會環(huán)境，車載信息娛樂已逐漸成為”生活必需品”，上個世紀三十年代初，隨著電臺廣播的逐步普及，收音機即已進入汽車領(lǐng)域，人們在行車中可以繼續(xù)了解掌握各種社會活動，如政治、經(jīng)濟、人文、科技、趣聞…等等，與此同時，射頻工程師亦開始探討如何不斷改進車載接收系統(tǒng)的功能，時至今日，提升車載收音機對于廣播訊號的接收質(zhì)量依舊是射頻技術(shù)研究的課題之一。

　　在眾多的汽車電子設備中，車載收音機并非唯一的射頻接收設備，從射頻工程師的角度，完整的接收設備是由接收機與天線共同組成的接收系統(tǒng)，射頻訊號的接收質(zhì)量是由這一接收系統(tǒng)的兩個部分（即接收機與天線）所共同決定的，而天線的特性又直接影響著接收機，進而影響整個接收系統(tǒng)的特性。

　　再者，汽車天線的位置與結(jié)構(gòu)亦決定其接收特性，長期以來，各式各樣的桿狀抑或鞭狀天線一直是汽車天線的主要結(jié)構(gòu)，其中的原因是這種天線的結(jié)構(gòu)及其安裝相對簡單，而且，其接收特性亦較佳；現(xiàn)代汽車的基本結(jié)構(gòu)大都采用鋼材料，而利用金屬材料對電磁波的反射可以設計出尺寸減半而接收特性幾無改變的桿狀天線；不過，這類天線通常都以直立或傾斜式位于汽車頂部、前部或后部，所以，對于汽車的空氣動力學性能以及美觀會有影響；僅管汽車的尺寸遠大于手機等行動性電子產(chǎn)品，然而，考慮到汽車的高速運動性與美感，其實并沒有太多位置供設計天線使用，這的確是對射頻工程師的一大挑戰(zhàn)。

　　從上個世紀中期開始，半導體技術(shù)迅速發(fā)展，射頻工程師將晶體管放大器與微型計算機引入汽車天線的系統(tǒng)設計中，這一劃時代的突破使得汽車天線小型化與隱形化成為可能，從此，汽車天線逐步融入汽車外型結(jié)構(gòu)的整體設計過程中。

　　由于汽車的運動性，其對外的無線系統(tǒng)所接收到的訊號具有衰落特性，即訊號的強度是無規(guī)則隨機變化的，因此，很難設計單一天線以符合各種不同的接收環(huán)境與條件的苛刻要求，訊號的衰落特性是不可避免的；于是，射頻工程師從系統(tǒng)角度利用分集技術(shù)設計多天線的接收系統(tǒng)，即各個天線相對獨立地接收衰落訊號，中心處理器對這些訊號進行特定的處理，從而減小衰落對整個接收系統(tǒng)的影響，保證整體系統(tǒng)接收質(zhì)量在衰落環(huán)境中的一致性。

　　隨著車載信息娛樂功能的增加，接收系統(tǒng)亦趨于更復雜，這意味著系統(tǒng)的研發(fā)將需要更全面周密的分析與協(xié)調(diào)。

　　自動駕駛模式是智能汽車的長期目標

　　行車安全性一直都是汽車制造商首要關(guān)注的問題，與交通相關(guān)的各國政府部門更是制訂了一系列的法規(guī)用以協(xié)調(diào)處理日常所發(fā)生的交通事故以及任何已注冊車輛內(nèi)部的技術(shù)隱患。

　　大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，多數(shù)交通事故和傷亡都是由人為錯誤而引起的，因此，為了有效降低事故發(fā)生率，汽車制造商研制出各種輔助駕駛裝置，例如車載導航、自適應巡航控制、行人防撞保護警示、車載通訊……等等。

　　從另外的角度來分析，多數(shù)交通事故都是由于至少兩輛車的相互碰撞所造成的。試想造成事故的兩輛車上都裝有使用某種技術(shù)的裝置，藉由這種技術(shù)使得這兩輛車得以相互聯(lián)系，在可能出現(xiàn)碰撞之前及時做出相互避讓抑或煞車的動作，這兩輛車便不再會碰到一起。

　　上述這種技術(shù)是車載通訊的一種，即車輛間通訊（V2V，C2C），它基于IEEE 802.11p技術(shù)，與日常應用的WiFi技術(shù)非常相似；可以想象，一旦所有車輛都使用這種技術(shù)，便可實現(xiàn)車與車之間的互聯(lián)互通，使車輛之間的碰撞機率得以大幅降低，從而真正達到安全行車并且行車安全。

　　更進一步的技術(shù)是車輛與所有參與使用道路的行人、車輛、以及各種設備之間的互聯(lián)互通（Vehicle-to-X，Car-to-X），即車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（IOV），這將是一個智能型的、交互式的交通運輸綜合管理控制系統(tǒng)（ITS）；這一技術(shù)的實現(xiàn)將意味著人類的夢想駕駛自動化成為現(xiàn)實。

　　從射頻工程師的角度來看，系統(tǒng)中的關(guān)鍵性參數(shù)之一是通訊鏈路中的衰落特性。如上文所述，運動中的接收系統(tǒng)的設計十分復雜，全面而周密的分析與協(xié)調(diào)是保證系統(tǒng)接收質(zhì)量的最佳途徑。

　　結(jié)論

　　隨著車載資通訊系統(tǒng)的市場需求的日趨強勁，各國政府已經(jīng)做出了相應的政策與計劃，各大汽車制造商以及相關(guān)配件制造公司更是積極加緊配套產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)；本文僅從射頻工程師的角度探討這一涉及全球性的行車安全問題中的相關(guān)技術(shù)應用。