เหตุใดการเอากุญแจรีโมตรถยนต์แตะศีรษะจึงเพิ่มระยะสัญญาณได้
(physics.stackexchange.com)- ปรากฏการณ์ที่ กุญแจรีโมต รถยนต์กลับมาใช้งานได้อีกครั้งเมื่อแตะกับศีรษะหรือหน้าอกที่ระยะเกือบสุดขีด เป็นปัญหาที่เกี่ยวพันกันระหว่างการคัปปลิงของร่างกายมนุษย์กับสัญญาณ RF, การเปลี่ยนทิศทางของเสาอากาศ, และผลจากความสูงกับการสะท้อน
- คำอธิบายทางฟิสิกส์ที่พบบ่อยคือ ร่างกายมนุษย์มี ความนำไฟฟ้า อยู่ระดับหนึ่ง จึงคัปปลิงแบบความจุกับสัญญาณราว 315MHz ได้ และศีรษะหรือทรวงอกอาจเปลี่ยนรูปแบบการแผ่สัญญาณได้
- ในการวัดแบบง่าย ๆ ด้วย 2009 Volkswagen GTI มีการเปรียบเทียบ 6 ตำแหน่ง·2 ทิศทาง·คลิกตำแหน่งละ 3 ครั้ง โดยท่าที่ แนบแบนกับขมับ ทำงานได้ดีที่สุด
- อีกคำอธิบายหนึ่งมองว่า เสาอากาศลูป ขนาดเล็กของรีโมตคัปปลิงทางแม่เหล็กกับลูปร่างกาย (body loop) ที่ใหญ่กว่าซึ่งเกิดจากแขน·ไหล่·ศีรษะ ทำให้ดีขึ้นได้ 2~3 เท่า
- ยังสรุปไม่ได้ว่าศีรษะทำงานเหมือน “แอมป์ขยายสัญญาณ” เสมอไป และต้องมีการวัดที่ควบคุมเงื่อนไขเพื่อแยกแยะว่าเป็นการปรับปรุงจริงหรือเป็นเพียง การเปลี่ยนรูปแบบการแผ่สัญญาณ
ปรากฏการณ์ที่สังเกตได้เมื่ออยู่ที่ระยะจำกัด
- ผู้ถามบอกว่าเมื่อกุญแจรีโมตรถยนต์อยู่ นอกระยะทำงาน แล้วเอาตัวส่งสัญญาณไปแตะข้างศีรษะ รถก็ปลดล็อกได้
- หลังจากนั้นในวันเดียวกันได้ลองซ้ำแบบง่าย ๆ พบว่า:
- เดินออกห่างจากรถไปจนถึงจุดที่รีโมตไม่ทำงาน
- เมื่อเอารีโมตแตะ ข้างศีรษะ ก็ทำงาน
- เมื่อเอารีโมตแตะ หน้าอก ก็ทำงาน
- เมื่อเอารีโมตแตะ ขา กลับไม่ทำงาน
- ได้ตรวจสอบความเป็นไปได้ว่าเป็นแค่ผลจากความสูงด้วย แต่ถ้าเพียงยกขึ้นระดับศีรษะหรือหน้าอกโดยไม่ให้แตะตัว ก็ยังคงอยู่นอกระยะ
- มีการยก วิดีโอสาธิตของ Top Gear เป็นตัวอย่างที่แสดงปรากฏการณ์เดียวกัน
การคัปปลิงกับร่างกายมนุษย์และความเป็นไปได้ของเรโซแนนซ์
- ร่างกายมนุษย์มี ความนำไฟฟ้า อยู่ระดับหนึ่งคล้ายน้ำเกลือ จึงคัปปลิงแบบความจุกับแหล่งกำเนิด RF ได้
- ระบบ remote keyless entry โดยทั่วไปใช้ความถี่ RF 315MHz ซึ่งมีความยาวคลื่นประมาณ 1m
- เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพอาจมีความยาวราว
λ/2หรือประมาณ 0.5m
- เสาอากาศที่มีประสิทธิภาพอาจมีความยาวราว
- จากมุมมองนี้ ส่วนหนึ่งของร่างกายมนุษย์ เช่น ศีรษะหรือทรวงอก อาจทำหน้าที่เหมือน โพรงเรโซแนนซ์ สำหรับสัญญาณ RF ของรีโมตได้
- ในที่นี้ “โพรง” ไม่ได้หมายถึงแค่พื้นที่ว่าง แต่รวมถึงบริเวณที่สะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขอบเขตได้บางส่วน
- มองกันว่าบริเวณที่สมองครอบครองอยู่ก็อาจเข้าเงื่อนไขเช่นนี้ได้
- เคยมีการเปรียบเทียบกับโพรงว่างของกีตาร์ที่ช่วยทำให้เสียงสายดังขึ้น แต่ภายหลังมีการแก้ไขว่าเครื่องสายสามารถดังได้มากด้วยเพียง soundboard แม้ไม่มีโพรงเรโซแนนซ์ ดังนั้นอุปมานี้อาจทำให้เข้าใจผิดได้บ้าง
การวัดโดยตรงด้วย Volkswagen GTI
- ผู้ตอบคนเดียวกันวัดการตอบสนองของรีโมตในท่าทางและทิศทางต่าง ๆ
- เงื่อนไขการทดลอง:
- รถคือ 2009 Volkswagen GTI
- ทดสอบรีโมตใน 6 ตำแหน่ง โดยแต่ละตำแหน่งมี 2 ทิศทาง
- ในแต่ละตำแหน่ง·ทิศทาง คลิก 3 ครั้ง แล้วบันทึกจำนวนครั้งที่รถตอบสนอง
- รอบข้างแทบไม่มีโครงสร้างขนาดใหญ่ แต่มีท่อสุญญากาศสเตนเลสหุ้มคอนกรีตของ LIGO Livingston Interferometer ที่ทอดยาวหลายกิโลเมตรขนานกับแกนการวัด
- ตำแหน่งและทิศทางที่ทดสอบ:
- ใต้ขา: ชี้ไปทางรถหรือชี้ขึ้นฟ้า
- ระดับกลางโดยเหยียดแขนไปทางขวา: ชี้ไปทางรถหรือชี้ขึ้นฟ้า
- ตำแหน่งสูงเหนือศีรษะ: ชี้ไปทางรถหรือชี้ขึ้นฟ้า
- คาง: ชี้เข้าหาคางหรือแนบแบนกับคาง
- ขมับ: ชี้เข้าหาขมับหรือแนบแบนกับขมับ
- กลางหน้าอก: ชี้เข้าหาหน้าอกหรือแนบแบนกับหน้าอกโดยให้รีโมตชี้ขึ้น
- ผลการวัด:
- รีโมตมีแนวโน้มทำงานได้ดีกว่าเมื่อ แตะกับศีรษะ
- ระดับการปรับปรุงไม่ได้มากเท่าที่อาจคาดจากผลการค้นหาทั่วไปเกี่ยวกับเรื่องนี้
- ท่าที่ดีที่สุดคือการเอารีโมต แนบแบนกับขมับ
- หากไม่ได้แตะศีรษะ การชี้ไปทางรถทำงานได้ดีกว่าการชี้ขึ้นบน
- ความสูงที่ยกรีโมตดูเหมือนไม่มีผลมากนัก
- การแตะหน้าอกแย่กว่าการเหยียดแขนถือไว้
คำอธิบายเรื่องเสาอากาศลูปและลูปร่างกาย
- เสาอากาศลูป ขนาดเล็กภายในกุญแจรีโมตอาจมีประสิทธิภาพต่ำเพราะข้อจำกัดด้านขนาด
- รีโมตต้องใส่กระเป๋าได้ จึงถูกออกแบบให้เล็กโดยตั้งใจ
- มีคำอธิบายว่าเสาอากาศลูปภายในส่งพลังงานที่ป้อนเข้าไปได้เพียง น้อยกว่า 10% ส่วนที่เหลือกลายเป็นความร้อน
- เมื่อเอารีโมตแตะศีรษะ แขน·ไหล่·ศีรษะจะสร้าง เสาอากาศลูปร่างกาย ที่ใหญ่กว่า และมองว่าโครงสร้างนี้อาจมีประสิทธิภาพมากกว่าเสาอากาศภายในรีโมตเกือบ 100 เท่า
- ลูปขนาดเล็กกับลูปร่างกายขนาดใหญ่ คัปปลิงทางแม่เหล็ก กันเหมือนหม้อแปลง
- การคัปปลิงไม่ได้แรงมาก แต่เสาอากาศแบบผสมอาจดีกว่ารีโมตเดี่ยวประมาณ 2~3 เท่า ทำให้ระยะทำงานเพิ่มขึ้นอย่างสังเกตได้
- ในความคิดเห็นยังมีผลการวัดเร็ว ๆ โดยใช้รีโมต Toyota, Keithley RF power meter และเสาอากาศ 1/4 wavelength ที่ระยะ 1.3m
- ไม่มีลูปร่างกาย: -59 dBm
- มีลูปร่างกาย: -55 dBm
- มีกำลังมากขึ้นประมาณ 2.5 เท่า และเทียบเป็นระยะได้ประมาณ 1.5 เท่า
- ต่อคำอธิบายนี้ก็มีข้อโต้แย้งว่า ร่างกายมนุษย์นำไฟฟ้าน้อยกว่าทองแดงและมีการสูญเสียมาก จึงต้องมีข้อมูลรองรับข้ออ้างด้านประสิทธิภาพ
ตัวแปรด้านทิศทาง ความสูง และการออกแบบการทดลอง
-
ทิศทางของรีโมต
- มีคำอธิบายว่าเสาอากาศภายในรีโมตเป็น เสาอากาศลูป บนบอร์ดที่มีรูปร่างใกล้วงกลม และสัญญาณจะแรงที่สุดเมื่อด้านบนหรือด้านล่างของรีโมตหันไปทางตัวรับ
- ท่าชี้ไปข้างหน้าเหมือนรีโมตทีวีอาจทำให้รีโมตหมุนไป 90 องศาและกลายเป็นทิศทางที่สัญญาณอ่อน
- เมื่อแตะคาง ทิศทางของรีโมตเปลี่ยนไป จึงอาจทำงานดีขึ้นได้
-
ความสูงของเสาอากาศและ multipath
- ในแบบจำลอง multipath จากการสะท้อนบนระนาบ กำลังรับจะแปรผันตาม
(h1 h2 / R^2)^2h1และh2คือความสูงของเสาอากาศส่ง·รับ ส่วนRคือระยะทาง
- ในแบบจำลองนี้ ความสูงของเสาอากาศสามารถสร้างความแตกต่างอย่างมากต่อคุณภาพการรับสัญญาณ
- ที่ความสูงต่ำจะมีการกระเจิงจากวัตถุรอบข้างมากกว่า แต่สมการดังกล่าวไม่ได้สะท้อนปัจจัยนี้
- ในแบบจำลอง multipath จากการสะท้อนบนระนาบ กำลังรับจะแปรผันตาม
-
ความถี่และผลของร่างกายมนุษย์
- ที่ความถี่รีโมตทั่วไป แทบไม่มีการสูญเสียจากการดูดกลืน และที่ 450MHz ความยาวคลื่นอยู่ที่ประมาณ 66cm
- เสาอากาศขนาดเล็กอาจถูก detune เมื่ออยู่ใกล้วัตถุสะท้อนหรือโลหะที่มีขนาดราวหนึ่งความยาวคลื่น
- ร่างกายมนุษย์ส่วนใหญ่เป็นน้ำเกลือ จึงไม่ใช่ตัวแผ่สัญญาณหรือตัวสะท้อนที่ดี แต่ศีรษะถูกมองว่าเป็นไดอิเล็กทริกที่ค่อนข้างดีกว่าส่วนอื่นของร่างกาย
-
ความเป็นไปได้ของ selection bias
- วิธี “เอารีโมตแตะศีรษะเฉพาะตอนที่ไม่ทำงาน แล้วสังเกตเมื่อสำเร็จ” อาจก่อให้เกิด selection bias ได้
- เมื่อวางไว้ใกล้ศีรษะหรือวัตถุนำไฟฟ้าอื่น ๆ การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าของรีโมตอาจเปลี่ยนไปอย่างมาก
- แต่การเปลี่ยนนั้นดีขึ้นหรือเพียงแค่แตกต่าง จำเป็นต้องตรวจสอบแยกต่างหาก
- ต้องมีการทดสอบย้อนกลับ โดยหาจุดที่แม้แตะศีรษะแล้วยังล้มเหลว แล้วนำไปเปรียบเทียบกับวิธีปกติ
- กรณีของ Remcom ถูก紹介ว่าเริ่มต้นเพื่อโต้แย้งปรากฏการณ์นี้ แต่ท้ายที่สุดกลับแสดงให้เห็นเหตุผลที่มันทำงาน
- ลิงก์: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
คำอธิบายที่ฟังดูสมเหตุสมผลกว่าคือ ตัวส่งสัญญาณและเสาอากาศของรีโมตกุญแจถูกปรับจูนให้ให้ สัญญาณแรงที่สุด เมื่ออยู่ ใกล้ร่างกาย เพราะรูปแบบการใช้งานจริงก็เป็นแบบนั้นอยู่แล้ว
ถ้าทดสอบโดยถือรีโมตให้ห่างจากตัว กลับอาจทำให้การจูนเพี้ยนได้ ในโรงงานก็อาจปรับไว้ภายใต้เงื่อนไขที่อยู่ห่างจาก “หุ่นจำลองร่างกาย” เป็นระยะคงที่
วิทยุสื่อสารก็คล้ายกัน กล่าวคือเมื่อถืออยู่ในมือ ร่างกายจะช่วยชดเชยระนาบกราวด์ที่หายไป จึงควรจูนเสาอากาศในสภาพนั้น ใช้เสาอากาศบนระนาบกราวด์ สายโคแอกเชียล มิเตอร์ SWR และเครื่องส่ง ปรับให้ได้ 1:1 แล้วพอเอามือเข้าใกล้เสาอากาศ เมื่อมือเข้ามาอยู่ภายในระยะประมาณหนึ่งความยาวคลื่น มิเตอร์ก็จะแสดงให้เห็นทันทีว่าการจูนหลุด
ประสิทธิภาพดี แต่ความแปรปรวนก็มากที่สุดด้วย ถ้าจับแค่ด้ามไม้โดยไม่โดนโลหะก็อย่างหนึ่ง แต่พอเอานิ้วโป้งไปแตะส่วนอะลูมิเนียม อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน ก็ดีขึ้นทันที อาจารย์อธิบายว่าในย่านความถี่วิทยุ ความจุไฟฟ้าของร่างกายทำงานเกือบเหมือนลัดวงจร ดังนั้นการจับตัวเรือนจึงช่วยให้กราวด์ดีขึ้น
การทดสอบเพื่อรับรองมาตรฐานไม่ได้รวมเงื่อนไขที่มีคนถืออยู่ในมือ เพราะคาดเดาไม่ได้เกินไปและแตกต่างกันในแต่ละคน ดังนั้นการทดสอบจึงทำในสภาพแวดล้อมที่ควบคุมได้ โดยมีแค่เสาอากาศรับที่จัดวางตามมาตรฐานกับรีโมตเท่านั้น
วางรีโมตไว้ข้างขวดน้ำก็ให้ผลคล้ายกันได้เหมือนกัน เมื่อก่อนฉันเคยถามวิศวกร RF แล้วได้รับบทความ peer review ที่เกี่ยวข้องมาหลายฉบับ แต่ทฤษฎี RF/เสาอากาศลึกเกินไปจนเข้าใจยาก
ตอนเด็ก ๆ มีทีวีเครื่องหนึ่งที่พอเอามือไปแตะเสาอากาศแล้วภาพดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด แล้วตอนนั้นก็เพิ่งได้ยินมาว่ามนุษย์ส่วนใหญ่คือน้ำ เลยลองเอาแก้วน้ำไปวางใกล้เสาอากาศบนทีวี ปรากฏว่าภาพชัดขึ้นทันที
น่าเสียดายที่หลังจากเหตุการณ์นั้น ฉันก็กลายเป็น ฝ่ายซัพพอร์ตไอที ประจำครอบครัวไปเลย
คำตอบที่รวมการทดลองหลายอย่างใช้ GTI รุ่นปี 2009 ซึ่งทำให้นึกถึง Jetta รุ่นก่อนหน้าหนึ่งเจเนอเรชันที่เป็นรถคันแรกของฉัน คู่มือมีภาพประกอบใจดีที่แสดงระยะคาดหมายทั้งหมดของรีโมต
https://imgur.com/a/1Pdfyg4
ดูเหมือนเขาจะสัญญาไว้จริง ๆ ว่ามันจะทำงานได้แค่ในระยะประมาณช่วงแขนจากรถเท่านั้น ที่จริงมันไม่ได้แย่ขนาดนั้น แต่ก็ไม่ได้ดีกว่านั้นมากนัก
ไม่แน่ใจว่ามันใช้ระยะเดียวกับตอนกดปุ่มหรือเปล่า แต่ฉันเคยอ่านเรื่องการแฮ็กที่ขโมยใช้เครื่องส่งช่วยขยายระยะทั้งฝั่งรถและฝั่งรีโมตกุญแจ เพื่อเปิดรถตอนเจ้าของอยู่ไกลจนมองไม่เห็น ยิ่งระยะไกล การโจมตีแบบนี้ก็ยิ่งง่ายขึ้น
ตอนแกล้งคนขณะใช้ เครื่องกำเนิดโทน ไล่สาย ฉันเคยเอาแท่งตรวจจับไปแตะหัว เอาน้ำลายแตะปลายนิ้ว แล้วใช้นิ้วลูบไปตามหน้าสัมผัสบน 66 block จนได้ยินเสียงหึ่งของเครื่องกำเนิดโทน
0 - เป็นเครื่องมือแก้ปัญหาและระบุสาย ที่ตัวกำเนิดแบบใช้แบตเตอรี่จะสร้างเสียงสั่นเฉพาะตัว และมีตัวตรวจจับแบบเหนี่ยวนำพร้อมลำโพงที่ช่วยให้ได้ยินเสียงนั้นเมื่ออยู่ใกล้คู่สายที่ถูกต้อง โดยทั่วไปหน้าตาจะประมาณนี้: https://www.grainger.com/product/EXTECH-Tone-and-Probe-Kit-4...
1 - เป็นแผงขั้วต่อสายที่ใช้กันทั่วไปในระบบโทรศัพท์: https://en.wikipedia.org/wiki/66_block
มันให้ความรู้สึกเหมือนได้ตระหนักด้วยหูตัวเองถึงโลกของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปกติมองไม่เห็น
ปรากฏการณ์นี้ใช้ได้ผล 100% ฉันลองมาหลายครั้งกับรถหลายคันตลอด 20 ปี
วิธีที่ดีที่สุดคือ เอาด้านแบนของรีโมตแตะคาง
ฉันไม่ค่อยเห็นด้วยกับทฤษฎีกลาง ๆ นั้น และคิดว่าคุณซึ่งเป็น ถุงน้ำเกลือขนาดใหญ่ ต่างหากที่ทำหน้าที่เป็นระนาบกราวด์แบบใช้ความจุไฟฟ้าให้กับเสาอากาศ
มันคล้ายกับตอนติดตั้งเสาอากาศวิทยุสมัครเล่นหรือ CB บนรถ ที่โลหะตัวถังรถทำหน้าที่คล้ายระนาบกราวด์แบบใช้ความจุไฟฟ้าได้ แม้จะไม่ได้สัมผัสกับพื้นดินจริงโดยตรง และก็คล้ายกับการวางเส้นกราวด์เรเดียลเป็นรูปดาวบนพื้นเพื่อใช้เสาอากาศแนวตั้ง
Keysight Labs เคยทดสอบเรื่องนี้เมื่อหลายปีก่อน: https://www.youtube.com/watch?v=AjYyjQKW-pU
การทดสอบระยะทำซ้ำได้ไม่ค่อยดีนัก และถ้าจะเริ่มใส่ใจกับความทำซ้ำได้จริงจัง ถ้าไม่มีแชมเบอร์ ก็ควรจัดการทดสอบกลางแจ้งพื้นฐานที่ระยะ 3 เมตรจะดีกว่า ผลของการ “เอาไปแนบคาง” ส่วนใหญ่ก็ใกล้เคียงกับแค่ “ลองจับแบบอื่นดู”
ตอนทำงานถ่ายรูปรถมือสอง ผมใช้ทริกนี้ ได้รับรีโมตกุญแจมา 10~20 อัน แล้วต้องเดินถ่ายรูปรอบพื้นที่กว้างที่มีรถมากกว่า 300 คัน
การเอารีโมตแตะคางเป็นเคล็ดลับในการหาว่าคันไหนคือคันที่ถูกต้อง แน่นอนว่าต้องสมมติว่าแบตเตอรี่ยังไม่หมด ทุกวันนี้เวลาจอดรถในที่ไม่คุ้นเคย ผมก็ยังใช้วิธีนี้หารถตัวเอง
เป็นงานที่น่าสนใจแต่ค่าตอบแทนต่ำ
เห็นหัวข้อนี้แล้ววันนี้ผมเลยลองเอารีโมตกุญแจแตะหัวตอนจะล็อกรถ แต่ไม่ได้ผล เลยต้องเดินเข้าไปใกล้อีกหน่อย อย่างน้อยก็ถือว่าเพิ่ม จุดข้อมูลหนึ่งจุด แล้ว และก็เป็นไปได้ว่าผมอาจทำอะไรผิด
ปกติผมจะกดแนบคางให้แน่นและใช้แบบนั้น และยืนยันช่วงระยะที่เพิ่มขึ้นได้หลายครั้ง เมื่อหลายปีก่อนตอนสงสัยเลยทดสอบแบบชัด ๆ กับรีโมตบางอัน ก็ได้ผลเหมือนกัน ลองกดให้แน่นขึ้นหรือหมุนรีโมตก็ดี
กรณีที่ดีที่สุดคือ Nissan Qashqai รุ่นปี 2008 ที่ได้ระยะประมาณครึ่งสนามฟุตบอล
ไม่จำเป็นต้องเป็นหัว แค่อยู่ใกล้ลำตัวก็ใช้ได้
ผมชอบล้อเพื่อนว่าต้องอ้าปากและแลบลิ้นออกมาเหมือนจานดาวเทียมถึงจะได้ผล
เพราะมันใช้ได้แม้อยู่ข้างลำตัว ผมเลยคิดว่าน่าจะเป็นการสะท้อนคลื่นที่แผ่ออกมาครึ่งหนึ่งไปทางรถ ทำให้สัญญาณเพิ่มเป็นสองเท่า คล้ายกับถือโคมไฟตั้งแคมป์แบบไร้ทิศทางไว้ใกล้ตัวแล้วแสงที่ไปในบางทิศเพิ่มขึ้น
คุณสามารถได้ผลแบบเดียวกันถ้าเอารีโมตรถไปแตะขวดน้ำ คุณจะพบว่าขวดน้ำก็ช่วยเพิ่มระยะได้พอ ๆ กับหัว
ผมเคยมั่นใจว่าหัวน่าจะดูดกลืนมันไป แต่ในความเป็นจริงกลับมีระยะเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจน