高级射频工程师：从不同角度看智能汽车

　　初看起来，射频技术与汽车技术没有太多关系。一个是讯号的发射与接收，另一个则是动力传递与速度提升。不过，随着经济的发展，以及人们对于生活观念的改变，首先是汽车开始逐步进入每一个家庭，人们对于汽车的依赖性越来越高；进一步地，人们除了对于汽车的机动特性及节能防污提出各种不同的要求之外，对于汽车驾驶的舒适性与安全性，以及汽车本身的多功能性亦在广泛的层面上提出需求并寻找解决方案。

　　早在上个世纪中期，电子技术已在汽车这个传统行业找到了多方位的应用。随着广播与电视等信息娱乐的普及，加之电磁兼容问题的重要性，射频技术在汽车这个小而全的子系统里开始扮演着举足轻重的角色。

　　电磁兼容性几乎是安全可靠的代名詞

　　我们先来看一下电磁兼容问题中与射频技术密切相关的干扰源。汽车内部最强的电磁干扰源是点火系统，其产生的电磁讯号具有极短高能脉冲的特点，因此，这种干扰不仅强度高，而且涉及的频率范围非常宽；虽然混合动力汽车技术已有极大的发展，有关其电力动力部分与已有的动力系统之间的相互影响依然需要进行深入的研究，CISPR标准将逐步发表相应的规范。

　　此外，通常车内都安装各种电机，如雨刷器，风扇，发电机等等，这类设备由于机电能量之间的转换或多或少地都会产生干扰讯号；所有这些干扰讯号可能藉由车内的各种布线以有线的方式传到车内的其他部分，亦有可能以无线的方式在车内辐射。由于汽车构造的多样性与复杂性，给分析这些干扰讯号具体的传播方式带来了相当大的困难，通常只能藉由实际量测对其进行分析；此外，各种车内控制器与监测器一般都使用数字电路，虽然这类电路有其固有的讯号特性，但基于上述同样的原因，通常也要藉由实际量测，否则依旧很难对其所可能产生的干扰影响进行详尽的分析；不仅如此，广播与电视讯号、各种信息及娱乐电子设备所使用的无线电波等等，亦都是潜在的干扰源。

　　从射频技术角度来说，上述各种辐射所产生的干扰讯号可延伸至几百兆赫兹（MHz）甚至更高的频率范围，一旦其强度达到一定数值，就有可能对其他电子设备的正常运作造成负面影响；因此，量测及限制干扰讯号是汽车电子技术中的重要一环。

　　量测干扰讯号可依方法与环境分为：定性检测与除错，预测试，预认证测试，及认证测试；而且，所使用的量测仪器也不尽相同；与此相关的国际标准以及各大汽车制造公司所制订的标准可作为量测的基础，除了量测及限制干扰讯号，提高汽车电子设备的抗干扰能力亦是不容忽视的。

　　天线无疑与车载资讯娱乐密不可分

　　信息与娱乐一直是人们生活中不可或缺的部分，特别是在现阶段经济与技术高度成长的社会环境，车载信息娱乐已逐渐成为”生活必需品”，上个世纪三十年代初，随着电台广播的逐步普及，收音机即已进入汽车领域，人们在行车中可以继续了解掌握各种社会活动，如政治、经济、人文、科技、趣闻…等等，与此同时，射频工程师亦开始探讨如何不断改进车载接收系统的功能，时至今日，提升车载收音机对于广播讯号的接收质量依旧是射频技术研究的课题之一。

　　在众多的汽车电子设备中，车载收音机并非唯一的射频接收设备，从射频工程师的角度，完整的接收设备是由接收机与天线共同组成的接收系统，射频讯号的接收质量是由这一接收系统的两个部分（即接收机与天线）所共同决定的，而天线的特性又直接影响着接收机，进而影响整个接收系统的特性。

　　再者，汽车天线的位置与结构亦决定其接收特性，长期以来，各式各样的杆状抑或鞭状天线一直是汽车天线的主要结构，其中的原因是这种天线的结构及其安装相对简单，而且，其接收特性亦较佳；现代汽车的基本结构大都采用钢材料，而利用金属材料对电磁波的反射可以设计出尺寸减半而接收特性几无改变的杆状天线；不过，这类天线通常都以直立或倾斜式位于汽车顶部、前部或后部，所以，对于汽车的空气动力学性能以及美观会有影响；仅管汽车的尺寸远大于手机等行动性电子产品，然而，考虑到汽车的高速运动性与美感，其实并没有太多位置供设计天线使用，这的确是对射频工程师的一大挑战。

　　从上个世纪中期开始，半导体技术迅速发展，射频工程师将晶体管放大器与微型计算机引入汽车天线的系统设计中，这一划时代的突破使得汽车天线小型化与隐形化成为可能，从此，汽车天线逐步融入汽车外型结构的整体设计过程中。

　　由于汽车的运动性，其对外的无线系统所接收到的讯号具有衰落特性，即讯号的强度是无规则随机变化的，因此，很难设计单一天线以符合各种不同的接收环境与条件的苛刻要求，讯号的衰落特性是不可避免的；于是，射频工程师从系统角度利用分集技术设计多天线的接收系统，即各个天线相对独立地接收衰落讯号，中心处理器对这些讯号进行特定的处理，从而减小衰落对整个接收系统的影响，保证整体系统接收质量在衰落环境中的一致性。

　　随着车载信息娱乐功能的增加，接收系统亦趋于更复杂，这意味着系统的研发将需要更全面周密的分析与协调。

　　自动驾驶模式是智能汽车的长期目标

　　行车安全性一直都是汽车制造商首要关注的问题，与交通相关的各国政府部门更是制订了一系列的法规用以协调处理日常所发生的交通事故以及任何已注册车辆内部的技术隐患。

　　大量统计数据显示，多数交通事故和伤亡都是由人为错误而引起的，因此，为了有效降低事故发生率，汽车制造商研制出各种辅助驾驶装置，例如车载导航、自适应巡航控制、行人防撞保护警示、车载通讯……等等。

　　从另外的角度来分析，多数交通事故都是由于至少两辆车的相互碰撞所造成的。试想造成事故的两辆车上都装有使用某种技术的装置，藉由这种技术使得这两辆车得以相互联系，在可能出现碰撞之前及时做出相互避让抑或煞车的动作，这两辆车便不再会碰到一起。

　　上述这种技术是车载通讯的一种，即车辆间通讯（V2V，C2C），它基于IEEE 802.11p技术，与日常应用的WiFi技术非常相似；可以想象，一旦所有车辆都使用这种技术，便可实现车与车之间的互联互通，使车辆之间的碰撞机率得以大幅降低，从而真正达到安全行车并且行车安全。

　　更进一步的技术是车辆与所有参与使用道路的行人、车辆、以及各种设备之间的互联互通（Vehicle-to-X，Car-to-X），即车联网技术（IOV），这将是一个智能型的、交互式的交通运输综合管理控制系统（ITS）；这一技术的实现将意味着人类的梦想驾驶自动化成为现实。

　　从射频工程师的角度来看，系统中的关键性参数之一是通讯链路中的衰落特性。如上文所述，运动中的接收系统的设计十分复杂，全面而周密的分析与协调是保证系统接收质量的最佳途径。

　　结论

　　随着车载资通讯系统的市场需求的日趋强劲，各国政府已经做出了相应的政策与计划，各大汽车制造商以及相关配件制造公司更是积极加紧配套产品的研发与生产；本文仅从射频工程师的角度探讨这一涉及全球性的行车安全问题中的相关技术应用。