Wi-Fi產品射頻電路調試問題分析

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。