Wi-Fi產(chǎn)品射頻電路調(diào)試經(jīng)驗及問題分析

這份文檔是生花通信的一線射頻工程師總結(jié)了的Wi-Fi產(chǎn)品開發(fā)過程中的一些射頻調(diào)試經(jīng)驗，記錄并描述在實際項目開發(fā)中遇到并解決問題的過程。

1 前言

這份文檔總結(jié)了我工作一年半以來的一些射頻（Radio Frequency）調(diào)試（以下稱為Debug）經(jīng)驗，記錄的是我在實際項目開發(fā)中遇到并解決問題的過程?，F(xiàn)在我想利用這份文檔與大家分享這些經(jīng)驗，如果這份文檔能夠?qū)Υ蠹业墓ぷ髌鸬揭欢ǖ膸椭饔?，那將是我最大的榮幸。

個人感覺，Debug過程用的都是最簡單的基礎(chǔ)知識，如果能夠?qū)F的基礎(chǔ)知識有極為深刻（注意，是極為深刻）的理解，我相信，所有的Bug解起來都會易如反掌。同樣，我的這篇文檔也將會以最通俗易懂的語言，講述最通俗易懂的Debug技巧。

在本文中，我盡量避免寫一些空洞的理論知識，但是第二章的內(nèi)容除外。“微波頻率下的無源器件”這部分的內(nèi)容截取自我尚未完成的“長篇大論”——Wi-Fi產(chǎn)品的一般射頻電路設(shè)計（第二版）。

我相信這份文檔有且不只有一處錯誤，如果能夠被大家發(fā)現(xiàn)，希望能夠提出，這樣我們就能夠共同進(jìn)步。

2 微波頻率下的無源器件

在這一章中，主要講解微波頻率下的無源器件。一個簡單的問題：一個1K的電阻在直流情況下的阻值是1K，在頻率為10MHz的回路中可能還是1K，但是在10GHz的情況下呢？它的阻值還會是1K嗎？答案是否定的。在微波頻率下，我們需要用另外一種眼光來看待無源器件。

2.1. 微波頻率下的導(dǎo)線

微波頻率下的導(dǎo)線可以有很多種存在方式，可以是微帶線，可以是帶狀線，可以是同軸電纜，可以是元件的引腳等等。

2.1.1. 趨膚效應(yīng)

在低頻情況下，導(dǎo)線內(nèi)部的電流是均勻的，但是在微波頻率下，導(dǎo)線內(nèi)部會產(chǎn)生很強(qiáng)的磁場，這種磁場迫使電子向?qū)w的邊緣聚集，從而使電流只在導(dǎo)線的表面流動，這種現(xiàn)象就稱為趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)導(dǎo)致導(dǎo)線的電阻增大，結(jié)果會怎樣？當(dāng)信號沿導(dǎo)體傳輸時衰減會很嚴(yán)重。
在實際的高頻場合，如收音機(jī)的感應(yīng)線圈，為了減少趨膚效應(yīng)造成的信號衰減，通常會使用多股導(dǎo)線并排繞線，而不會使用單根的導(dǎo)線。
我們通常用趨膚深度來描述趨膚效應(yīng)。趨膚深度是頻率與導(dǎo)線本身共同的作用，在這里我們不會作深入的討論。

2.1.2. 直線電感

我們知道，在有電流流過的導(dǎo)線周圍會產(chǎn)生磁場，如果導(dǎo)線中的電流是交變電流，那么磁場強(qiáng)度也會隨著電流的變化而變化，因此，在導(dǎo)線兩端會產(chǎn)生一個阻止電流變化的電壓，這種現(xiàn)象稱之為自感。也就是說，微波頻率下的導(dǎo)線會呈現(xiàn)出電感的特性，這種電感稱為直線電感。也許你會直線電感很微小，可以忽略，但是我們將會在后面的內(nèi)容中看到，隨著頻率的增高，直線電感就越來越重要。

電感的概念是非常重要的，因為微波頻率下，任何導(dǎo)線（或者導(dǎo)體）都會呈現(xiàn)出一定的電感特性，就連電阻，電容的引腳也不例外。

2.2. 微波頻率下的電阻

從根本上說，電阻是描述某種材料阻礙電流流動的特性，電阻與電流，電壓的關(guān)系在歐姆定律中已經(jīng)給出。但是，在微波頻率下，我們就不能用歐姆定律去簡單描述電阻，這個時候，電阻的特性應(yīng)經(jīng)發(fā)生了很大的變化。

2.2.1. 電阻的等效電路

電阻的等效電路如圖2-1所示。其中R就是電阻在直流情況下電阻自身的阻值，L是電阻的引腳，C因電阻結(jié)構(gòu)的不同而不同。我們很容易就可以想到，在不同的頻率下，同一個電阻會呈現(xiàn)出不同的阻值。想想平時在我們進(jìn)行Wi-Fi產(chǎn)品的設(shè)計，幾乎不用到直插的元件（大容量電解電容除外），一方面是為了減小體積，另一方面，也是更為重要的原因，減小元件引腳引起的電感。

圖2-1 電阻的等效電路

圖2-2定性的給出了電阻的阻值與頻率的關(guān)系。

圖2-2 電阻的阻值與頻率

我們試著分析電阻具有這樣的特性的原因。當(dāng)頻率為0時（對應(yīng)直流信號），電阻呈現(xiàn)出的阻值就是其自身的阻值；當(dāng)頻率提高時，電阻呈現(xiàn)出的阻值是自身的阻值加上電感呈現(xiàn)出的感抗；當(dāng)頻率進(jìn)一步提高時，電阻自身的阻值加上電感的感抗已經(jīng)相當(dāng)?shù)拇螅谑请娮璞憩F(xiàn)出的阻值就是那個并聯(lián)的電容的容抗，而且頻率越高，容抗越小。