這份文檔是生花通信的一線射頻工程師總結了的Wi-Fi產品開發過程中的一些射頻調試經驗,記錄并描述在實際項目開發中遇到并解決問題的過程。
1?? ?前言
這份文檔總結了我工作一年半以來的一些射頻(Radio Frequency)調試(以下稱為Debug)經驗,記錄的是我在實際項目開發中遇到并解決問題的過程。現在我想利用這份文檔與大家分享這些經驗,如果這份文檔能夠對大家的工作起到一定的幫助作用,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知識,如果能夠對RF的基礎知識有極為深刻(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,但是第二章的內容除外。“微波頻率下的無源器件”這部分的內容截取自我尚未完成的“長篇大論”——Wi-Fi產品的一般射頻電路設計(第二版)。
我相信這份文檔有且不只有一處錯誤,如果能夠被大家發現,希望能夠提出,這樣我們就能夠共同進步。
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.?? ?微波頻率下的導線
微波頻率下的導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
在低頻情況下,導線內部的電流是均勻的,但是在微波頻率下,導線內部會產生很強的磁場,這種磁場迫使電子向導體的邊緣聚集,從而使電流只在導線的表面流動,這種現象就稱為趨膚效應。趨膚效應導致導線的電阻增大,結果會怎樣?當信號沿導體傳輸時衰減會很嚴重。
在實際的高頻場合,如收音機的感應線圈,為了減少趨膚效應造成的信號衰減,通常會使用多股導線并排繞線,而不會使用單根的導線。
我們通常用趨膚深度來描述趨膚效應。趨膚深度是頻率與導線本身共同的作用,在這里我們不會作深入的討論。
2.1.2.?? ?直線電感
我們知道,在有電流流過的導線周圍會產生磁場,如果導線中的電流是交變電流,那么磁場強度也會隨著電流的變化而變化,因此,在導線兩端會產生一個阻止電流變化的電壓,這種現象稱之為自感。也就是說,微波頻率下的導線會呈現出電感的特性,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,任何導線(或者導體)都會呈現出一定的電感特性,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,電壓的關系在歐姆定律中已經給出。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,電阻的特性應經發生了很大的變化。
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因電阻結構的不同而不同。我們很容易就可以想到,在不同的頻率下,同一個電阻會呈現出不同的阻值。想想平時在我們進行Wi-Fi產品的設計,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。當頻率為0時(對應直流信號),電阻呈現出的阻值就是其自身的阻值;當頻率提高時,電阻呈現出的阻值是自身的阻值加上電感呈現出的感抗;當頻率進一步提高時,電阻自身的阻值加上電感的感抗已經相當的大,于是電阻表現出的阻值就是那個并聯的電容的容抗,而且頻率越高,容抗越小。
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