कार रिमोट key को सिर से लगाने पर उसकी range क्यों बढ़ जाती है

 (physics.stackexchange.com)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-01-10 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • जब कार की रिमोट key सीमा-रेखा वाली दूरी पर सिर या छाती से छूने पर फिर से काम करने लगती है, तो यह मानव शरीर और RF signal के coupling, antenna की दिशा बदलने, ऊँचाई और reflection effects के साथ जुड़ा हुआ मामला है
  • इसका प्रमुख physics explanation यह है कि मानव शरीर कुछ हद तक conductive होता है, इसलिए वह लगभग 315MHz signal से capacitively couple हो सकता है, और सिर या छाती signal radiation pattern को बदल सकते हैं
  • 2009 Volkswagen GTI पर की गई एक साधारण measurement में 6 positions, 2 directions और हर बार 3 clicks की तुलना की गई; temple पर flat लगाई गई position सबसे अच्छी चली
  • एक और explanation के अनुसार रिमोट की छोटी loop antenna हाथ, कंधे और सिर से बनने वाले बड़े body loop से magnetically couple होकर 2–3 गुना improvement दे सकती है
  • यह निश्चित रूप से कहना मुश्किल है कि सिर हमेशा “amplifier” की तरह काम करता है; सुधार सचमुच हुआ है या सिर्फ radiation pattern change है, यह जानने के लिए controlled measurement चाहिए

सीमा-रेखा वाली दूरी पर देखी गई घटना

  • सवाल पूछने वाले ने बताया कि जब कार की remote key operating range के बाहर थी, तब transmitter को सिर के पास लगाने पर कार unlock हो गई
  • उसी दिन बाद में इसे सरल तरीके से दोहराकर देखा गया:
    • कार से दूर जाकर उस जगह तक पहुँचे जहाँ रिमोट काम नहीं कर रहा था
    • रिमोट को सिर के पास लगाने पर वह काम कर गया
    • रिमोट को छाती से लगाने पर भी वह काम कर गया
    • रिमोट को पैर से लगाने पर वह काम नहीं किया
  • केवल ऊँचाई का effect होने की संभावना भी जाँची गई, लेकिन रिमोट को सिर या छाती की ऊँचाई तक उठाकर, शरीर से लगाए बिना रखने पर वह range के बाहर ही रहा
  • Top Gear demonstration video को भी इसी घटना का उदाहरण बताया गया

मानव शरीर coupling और resonance की संभावना

  • मानव शरीर salt water की तरह कुछ हद तक conductive होता है, इसलिए वह RF source से capacitive तरीके से couple हो सकता है
  • remote keyless entry systems आमतौर पर 315MHz RF frequency का उपयोग करते हैं, जिसमें wavelength लगभग 1m होती है
    • एक efficient antenna की लंबाई मोटे तौर पर λ/2, यानी लगभग 0.5m हो सकती है
  • इस दृष्टिकोण से सिर या छाती जैसे शरीर के हिस्से रिमोट RF signal के लिए resonant cavity की तरह काम कर सकते हैं
    • यहाँ “cavity” का मतलब सिर्फ खाली जगह नहीं है, बल्कि वह क्षेत्र भी है जहाँ electromagnetic waves boundary से आंशिक रूप से reflect होती हैं
    • यह माना गया कि दिमाग द्वारा घेरी गई जगह भी ऐसी conditions पूरी कर सकती है
  • गिटार की खाली जगह द्वारा strings की आवाज़ बढ़ाने वाली analogy भी दी गई थी, लेकिन बाद में सुधारा गया कि string instruments बिना resonant cavity के भी सिर्फ soundboard से तेज़ गूँज सकते हैं, इसलिए यह analogy कुछ भ्रम पैदा कर सकती है

Volkswagen GTI से की गई direct measurement

  • उसी जवाब देने वाले ने अलग-अलग positions और directions में remote response मापा
  • experiment की conditions:
    • vehicle 2009 Volkswagen GTI था
    • रिमोट को 6 positions में, हर position पर 2 directions में test किया गया
    • हर position और direction पर 3 clicks किए गए और vehicle responses की संख्या record की गई
    • आसपास बड़े structures लगभग नहीं थे, लेकिन measurement axis के parallel कई km तक फैली LIGO Livingston Interferometer की concrete से घिरी stainless vacuum tube मौजूद थी
  • test positions और directions:
    • पैर के निचले हिस्से के पास: vehicle की ओर या sky की ओर
    • दाहिनी ओर फैलाए हाथ की medium height: vehicle की ओर या sky की ओर
    • सिर के ऊपर ऊँची position: vehicle की ओर या sky की ओर
    • chin: chin की ओर pointing या chin से flat लगाकर
    • temple: temple की ओर pointing या temple से flat लगाकर
    • chest center: chest की ओर pointing या chest से flat लगाकर, ताकि remote ऊपर की ओर रहे
  • measurement results:
    • रिमोट सिर से लगाने पर बेहतर काम करने की tendency दिखा
    • improvement उतनी बड़ी नहीं थी जितनी इस topic पर सामान्य search results से उम्मीद हो सकती थी
    • सबसे अच्छी position रिमोट को temple पर flat लगाना था
    • जब रिमोट सिर से नहीं लगाया गया, तो ऊपर की ओर रखने की तुलना में vehicle की ओर रखना बेहतर चला
    • रिमोट को कितना ऊँचा रखा गया, इस पर ज्यादा dependency नहीं दिखी
    • chest से लगाना, हाथ फैलाकर पकड़े रखने से खराब रहा

loop antenna और body loop explanation

  • remote key के अंदर की छोटी loop antenna size constraints के कारण कम efficient हो सकती है
    • रिमोट को pocket में आना होता है, इसलिए उसे जानबूझकर छोटा design किया जाता है
    • एक explanation के अनुसार internal loop antenna input energy का 10% से कम ही transmit करती है और बाकी heat में बदल जाती है
  • रिमोट को सिर से लगाने पर हाथ, कंधा और सिर मिलकर एक बड़ी body loop antenna बनाते हैं, और यह structure remote की internal antenna से लगभग 100 गुना अधिक efficient हो सकता है
  • छोटी loop और बड़ा body loop transformer की तरह magnetically couple होते हैं
    • coupling बहुत strong नहीं होती, लेकिन combined antenna अकेले remote की तुलना में लगभग 2–3 गुना बेहतर हो सकती है, जिससे operating range साफ़ तौर पर बढ़ सकती है
  • comments में Toyota remote, Keithley RF power meter और 1/4-wavelength antenna को 1.3m दूरी पर इस्तेमाल करके किए गए quick measurement results भी शामिल थे
    • body loop नहीं: -59 dBm
    • body loop के साथ: -55 dBm
    • यह लगभग 2.5 गुना ज्यादा power है, और range के हिसाब से लगभग 1.5 गुना के बराबर है
  • इस explanation पर यह counterargument भी था कि मानव शरीर copper से कम conductive और अधिक lossy होता है, इसलिए efficiency वाले दावे को support करने के लिए data चाहिए

direction, height और experiment design के variables

  • रिमोट की direction

    • एक explanation के अनुसार रिमोट की internal antenna board पर बनी लगभग circular loop antenna होती है, और जब remote का top या bottom face receiver की ओर होता है तब signal सबसे strong होता है
    • TV remote की तरह आगे की ओर point करने वाली posture में remote 90 degrees घूम सकता है और weak direction बन सकती है
    • chin से लगाने पर remote की direction बदल जाती है, इसलिए operation बेहतर हो सकता है

  • antenna height और multipath

    • flat-surface reflection multipath model में received power (h1 h2 / R^2)^2 के proportional होती है
      • h1 और h2 transmitter और receiver antenna heights हैं, और R distance है
    • इस model में antenna height received quality में बड़ा difference ला सकती है
    • कम height पर आसपास की objects से scattering ज्यादा होती है, लेकिन यह formula में reflect नहीं होती

  • frequency और मानव शरीर का effect

    • सामान्य remote frequencies पर absorption loss बहुत कम होता है, और 450MHz की wavelength लगभग 66cm होती है
    • छोटी antennas एक wavelength के आसपास के reflectors या metal objects के पास detune हो सकती हैं
    • मानव शरीर ज्यादातर salt water होता है, इसलिए वह अच्छा radiator या reflector नहीं है, लेकिन सिर बाकी शरीर की तुलना में काफी अच्छा dielectric माना जाता है

  • selection bias की संभावना

    • “जब काम नहीं हुआ तभी सिर से लगाया और success observe की” जैसी method selection bias पैदा कर सकती है
    • सिर या किसी अन्य conductive object के पास रखने पर remote की electromagnetic radiation काफी बदल सकती है
    • लेकिन वह बदलाव बेहतर है या सिर्फ अलग, इसे अलग से verify करना होगा
    • पहले वह जगह खोजनी चाहिए जहाँ सिर से लगाने पर भी failure हो, फिर उसे normal method से compare करने वाला reverse test चाहिए
    • Remcom case के बारे में बताया गया कि यह इस घटना को disprove करने के इरादे से शुरू हुआ था, लेकिन अंत में उसने इसके काम करने का कारण दिखाया
    • link: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-01-10
Hacker News की राय

  • ज्यादा यकीन करने लायक व्याख्या यह है कि key fob transmitter और antenna को इस तरह tune किया गया है कि वे शरीर के पास होने पर अधिकतम signal दें। क्योंकि असल इस्तेमाल का तरीका मूल रूप से यही है
    अगर remote को शरीर से दूर रखकर test किया जाए, तो tuning उलटी बिगड़ सकती है। factory में भी इसे शायद “dummy body” से एक निश्चित दूरी वाली condition में tune किया गया होगा
    walkie-talkie में भी कुछ ऐसा ही होता है: हाथ में पकड़े होने पर शरीर missing ground plane की भरपाई करता है, इसलिए antenna को उसी state में tune करना चाहिए। ground plane पर antenna, coaxial cable, SWR meter और transmitter से 1:1 पर tune करने के बाद अगर हाथ को antenna के पास लाएँ, तो जैसे ही हाथ wavelength के आसपास की range में आता है, meter पर tuning drift तुरंत दिख जाता है

    • university class में Pringles can WiFi waveguide antenna बनाने वाला project याद आता है। ज्यादातर लोगों ने tutorial के हिसाब से बनाया था, लेकिन मैंने roof flashing को cylinder में मोड़कर length और radius match किए, और aluminium flat bar व round wooden dowel से handle भी बनाया
      performance अच्छी थी, लेकिन variation भी सबसे ज्यादा था; जब मैं सिर्फ wooden handle पकड़ता था तो metal को नहीं छूता था, लेकिन अंगूठा aluminium वाले हिस्से पर रखते ही signal-to-noise ratio तुरंत बेहतर हो जाता था। instructor ने समझाया कि high frequency पर शरीर की capacitance लगभग short circuit की तरह काम करती है, इसलिए housing को छूने से grounding quality बेहतर हो जाती है
    • जरूरी नहीं। antenna को local regulations के तहत allowed maximum radiated power के हिसाब से tune किया जाता है, और EU·US·JPN rules में भी काफी फर्क होता है
      certification test में किसी व्यक्ति के हाथ में पकड़े होने की condition शामिल नहीं होती, क्योंकि यह बहुत unpredictable है और person-to-person बहुत बदलती है। इसलिए test controlled environment में standard के अनुसार रखे गए receiving antenna और remote के साथ ही किया जाता है
      remote को पानी की bottle के पास रखने पर भी similar effect दिखता है। पहले एक RF engineer से पूछा था तो उन्होंने related peer-reviewed papers भेजे थे, लेकिन RF/antenna theory इतनी गहरी थी कि समझना मुश्किल था
    • समझ नहीं आता कि यह सबसे ज्यादा credible क्यों है। Stack Exchange comments में कम से कम तीन theories हैं, और उनमें से यह explanation काफी निर्णायक लगती है: https://www.remcom.com/examples/keyless-entry.html
    • compare की जा रही conditions हैं “हाथ में पकड़ा remote” और “हाथ में पकड़े remote को सिर से लगाना”। दोनों ही पहले से शरीर के पास वाली condition पूरी करते हैं, इसलिए सिर्फ tuning वाली explanation सवाल के specific difference को explain नहीं करती
    • और सरल तरीके से, FM radio tune करके हाथ को antenna के पास ले जाकर देखें। हाथ की position और antenna से distance के हिसाब से sound बेहतर या खराब हो जाती है

  • बचपन में हमारे पास एक TV था जिसका antenna छूने पर picture साफ तौर पर बेहतर हो जाता था, और उसी समय मैंने सुना था कि इंसान ज्यादातर पानी से बने होते हैं। इसलिए मैंने पानी का एक glass TV के ऊपर antenna के पास रख दिया, और picture तुरंत साफ हो गई
    दुर्भाग्य से, उस घटना के बाद मैं परिवार का IT support person बन गया

  • कई experiments वाला answer 2009 GTI पर किया गया था, और उसे देखकर मुझे अपनी पहली car, उससे एक generation पहले वाली Jetta याद आ गई। manual में remote की पूरी expected range दिखाने वाली एक helpful diagram थी
    https://imgur.com/a/1Pdfyg4
    लगता है वे सच में यह वादा करना चाहते थे कि यह car से बस एक arm’s length के अंदर ही काम करेगा। असल में यह इतना खराब नहीं था, लेकिन बहुत बेहतर भी नहीं था

    • छोटी operating range जरूरी नहीं कि बुरी हो। आजकल cars में key fob range में हो तो door खोलने की कोशिश करते ही automatically unlock हो जाता है, इसलिए range लंबी हो तो car आपकी नजर से बाहर होने पर भी कोई उसे खोल सकता है
      पता नहीं button दबाने पर भी वही range इस्तेमाल होती है या नहीं, लेकिन मैंने एक hack के बारे में पढ़ा था जिसमें thief transmitter से car और key fob दोनों की range बढ़ा देता है, ताकि owner नजर न आ रहा हो तब car खोली जा सके। range जितनी लंबी होगी, ऐसा attack उतना आसान होगा
    • 2001 GTI भी similar थी और car से करीब 25 feet के अंदर reliably काम करती थी। इसके उलट 2017 F150 का remote 150~200 feet पर भी काम करता है, जो खासकर winter में remote start से पहले से गर्म करने के लिए सच में काम आता है
    • मेरा पहला ख्याल था, “diagram में car scale पर है या remote scale पर?”
    • front bumper के हिसाब से arm’s length है, लेकिन front door के हिसाब से car की 1~2 lengths के बराबर है

  • tone generator से wiring trace करते हुए मजाक-मजाक में, मैं detector wand को सिर से लगाता, fingertip पर थूक लगाता और 66 block contacts पर उंगली फेरता रहता, जब तक tone generator की आवाज सुनाई न दे
    0 - यह troubleshooting और wire-identification tool है, जिसमें battery-powered generator एक खास vibrating sound बनाता है, और speaker वाला inductive detector सही wire pair के पास वह sound सुनने देता है। आम तौर पर यह ऐसा दिखता है: https://www.grainger.com/product/EXTECH-Tone-and-Probe-Kit-4...
    1 - telephone systems में आम तौर पर इस्तेमाल होने वाला wiring terminal block है: https://en.wikipedia.org/wiki/66_block

    • ऐसे tone probe से खेलना सच में मजेदार होता है। अगर आपके पास extra 15 dollars हैं, तो strongly recommend है कि कोई cheap model खरीदकर घर में घूमकर देखें
      आम तौर पर नजर न आने वाली electromagnetic radiation की दुनिया को अपने कानों से directly महसूस करने जैसी realization होती है

  • यह effect 100% काम करता है। 20 साल में कई cars पर कई बार आजमाया है
    remote की flat side को ठुड्डी से लगाना सबसे अच्छा है

    • जब लोग यकीन नहीं करते तो सच में मजा आता है। पहली बार देखने पर यह बहुत obvious “आसानी से बेवकूफ बनने वाले” prank जैसा लगता है
    • इस trick ने parking lot में car खोजने में लगने वाला मेरा बेहिसाब समय बचाया है

  • cavity theory से सहमत होना मुश्किल है; मुझे तो लगता है कि आप खुद एक बड़े खारे पानी के थैले की तरह antenna के capacitive ground plane का काम करते हैं
    यह वैसा ही है जैसे amateur radio या CB antenna को car पर लगाने पर car body का metal actual ground से सीधे contact में न होने के बावजूद capacitive ground plane की तरह काम करता है। यह जमीन पर star-shape में ground radials बिछाकर vertical antenna इस्तेमाल करने जैसा भी है

    • तो फिर बिना gloves वाले हाथ से बस पकड़ना ही काफी नहीं होना चाहिए?

  • Keysight Labs ने कुछ साल पहले इसका परीक्षण किया था: https://www.youtube.com/watch?v=AjYyjQKW-pU

    • यह काफ़ी अच्छा material है। data(https://youtu.be/AjYyjQKW-pU?t=198) मेरे अनुभव से भी मेल खाता है; कौन और कैसे remote पकड़ता है, इसके आधार पर ±6 dB से ज़्यादा का अंतर आ जाता है
      range test की reproducibility अच्छी नहीं होती, और अगर आप reproducibility की चिंता शुरू करने ही वाले हैं, तो chamber न होने पर एक basic outdoor 3m test setup बना लेना बेहतर है। “ठोड़ी से लगाइए” effect का ज़्यादातर हिस्सा बस “इसे किसी दूसरे तरीके से पकड़कर देखिए” जैसा है
    • उम्मीद नहीं थी कि HP के test और measurement division की successor company इस तरह का हल्का-फुल्का YouTube content डालेगी, लेकिन सच में ऐसा देखने को मिला

  • used car की photography के काम में मैंने यह trick इस्तेमाल की थी। मुझे 10–20 key remotes मिलते थे और 300 से ज़्यादा कारों वाले बड़े area में घूमते हुए photos लेने होते थे
    remote को ठोड़ी से लगाना सही कार ढूंढने की trick थी, बेशक यह मानकर कि battery dead नहीं है। आज भी किसी अनजान जगह पर पार्क करने के बाद अपनी कार ढूंढने के लिए मैं यही तरीका इस्तेमाल करता हूँ

    • करीब 18 साल पहले Copart Auto Auctions में image clerk के तौर पर काम किया था। मेरा काम photos को website पर upload करना, और जो specs के मुताबिक न हों या insurance auction की nature की वजह से जिनमें खून दिख रहा हो उनके लिए नई photos request करना था, लेकिन मुझे बहुत अच्छी तरह पता है वह situation कैसी होती है
      काम दिलचस्प था, लेकिन pay कम थी

  • यह title देखकर आज कार lock करने के लिए मैंने key remote को सिर से लगाकर देखा, लेकिन काम नहीं हुआ, इसलिए मुझे और पास जाना पड़ा। फिलहाल एक data point तो दे ही दिया, और हो सकता है मैंने कुछ गलत किया हो

    • मैं यह trick लंबे समय से इस्तेमाल कर रहा हूँ। parking lot में दूर से यह confirm करने की कोशिश करते समय कि कार lock हुई या नहीं, यह अच्छी तरह काम करती थी, और मेरे लिए काफ़ी reliable रही है
    • “मेरी skull पर काम करता है”
      आमतौर पर इसे ठोड़ी से मजबूती से दबाकर इस्तेमाल करता हूँ, और कई बार longer range confirm की है। कुछ साल पहले curiosity में कुछ remotes के साथ explicitly test किया था, तब भी ऐसा ही था। ज़्यादा ज़ोर से दबाना या remote को घुमाकर देखना अच्छा रहेगा
    • शायद यह उन rare cases में से है जहाँ “तुम इसे गलत तरीके से पकड़ रहे हो” valid advice है
    • Top Gear में Clarkson को ऐसा करते पहली बार देखने के बाद से मैं इसे कई कारों पर लंबे समय से इस्तेमाल कर रहा हूँ। आज भी जब दिखाता हूँ कि range काफ़ी बढ़ जाती है, तो लोग हैरान होते हैं
      2008 Nissan Qashqai में सबसे अच्छा example लगभग आधे football field जितना था

  • सिर न भी हो, तो शरीर के धड़ के पास पकड़ने पर भी यह काम करता है
    दोस्तों से मैं मज़ाक में कहता हूँ कि मुंह खोलकर जीभ को satellite dish की तरह बाहर निकालना ही पड़ेगा
    क्योंकि यह शरीर के side में भी काम करता है, मुझे लगा था कि radio emission का आधा हिस्सा vehicle की तरफ reflect होकर signal को लगभग double कर देता है। यह कुछ वैसा है जैसे omnidirectional camping lamp को शरीर के पास पकड़ने पर किसी खास दिशा में जाने वाली रोशनी बढ़ जाती है

    • मैंने भी पहले ऐसा ही सोचा था, लेकिन मूल article के test में range सिर्फ सिर से लगाने पर बढ़ी थी
    • असल में आप बस शरीर के पानी को antenna की तरह इस्तेमाल कर रहे हैं
      car remote को पानी की bottle से लगाने पर भी वही effect देखा जा सकता है। पता चलता है कि पानी की bottle भी सिर जितनी ही range बढ़ा देती है
    • मैं यह करते समय हमेशा key को सिर के पीछे रखता था, और experiment करके देखा तो range बढ़ती हुई confirm हुई
      मुझे पूरा यकीन था कि सिर इसे absorb कर लेगा, लेकिन असल में साफ़ तौर पर extra range मिली