不難想象,導線的本身存在一定的電阻,相鄰量個線圈之前存在一定的電容,于是,我們得到如圖2-5所示的電感的等效電路。其中Rs為導線存在的電阻,L為電感自身的感值,C是等效電容。電感的電感量-頻率曲線與電阻的阻抗-頻率曲線頗有些相似,這與它們具有類似的等效電路有直接關系。讀者可自行分析電感的頻率特性曲線。
圖2-5 電感的等效電路
2.4.2、電感的Q值
電感的感抗與串聯電阻Rs的比值稱為電感的Q值,即Q=X/Rs與電容類似,Q值越大,則電感的質量越好。如果電感是一個理想電感,那么Q值應該是無限大,但是實際中不存在理想的電感,所以Q值無限大的電感是不存在的。
在低頻情況下,電感的Q值非常大,因為這個時候Rs只是導線的直流電阻,這是一個很小的值。當頻率升高時,電感的感抗X會變大,所以電感的Q值會隨著頻率的提高而增大(這個時候趨膚效應還不明顯);但是,當頻率提高到一定的程度的時候,趨膚效應就不可忽視了,這時串聯電阻Rs會隨著頻率的提高而變大,同時串聯電容C也開始發揮作用,從而導致Q值隨著頻率的提高而降低。圖2-6給出了某公司的一款電感的Q值與頻率的關系。
圖2-6 某公司的電感的Q值與頻率變化關系曲線
為了盡量增大電感的Q值,在制作電感時,我們通常可以采用以下的幾種方法:
使用直徑較大的導線,可以降低電感的直流阻抗;
將電感的線圈拉開,可以降低線圈之間的分布電容;
增大電感的磁導系數,這通常用磁芯來實現,如鐵氧體磁芯。
其實,電感的手工制作,是射頻工程師的必修課,但是這部分內容比較復雜,本文暫不進行討論,感興趣的讀者可以查閱相關文獻。
3、RF Debug經驗分享
3.1、某無線AP 2.4GHz Chain0 無輸出功率
在一次對某無線AP(雙頻大功率11n無線AP)的測試過程中,突然聽到一聲清脆悅耳的破裂聲,隨后看到一縷青煙緩緩的從板子上升起(可惜沒看清具體是哪個位置),周圍便迅速充滿了令人不爽的焦臭味,VSA(Vector Signal Analyzer,矢量信號分析儀)上的功率也跌落至0dBm以下。稍微有點經驗的人都可以得出一個結論:“有東西燒掉了”。
沒有輸出功率,可想而知,一定是Tx回路的某個器件損壞了,但是究竟是哪個呢?
首先采用目測法(所謂目測法就是直接用眼睛觀察元器件的外觀,查看是否有破裂或者燒焦的痕跡),結果沒看出來。
然后采用“點測法”,這時候你可能會問:“什么是點測法呢?”點測法就是用探針或探棒直接檢測待測點的信號狀態,常用于時域信號檢測,如示波器,但是由于Wi-Fi產品的工作頻率較高,一般會通過頻域進行信號檢測,也很少使用點測法進行檢測。
實踐證明,點測法是一種確定RF問題所在的快速有效的手段。
說起點測法,不得不說說簡易探針的制作。取一條SMA Cable(如圖3-1所示),將其一端的SMA連接器去掉(不可以將兩端的都去掉),剝去長度1~2cm屏蔽層,使其芯線露出。這樣,一段普通的SMA Cable就此華麗轉身,升級為點測探針,成為一種檢測利器,也成為了RF工程師的好助手。
3.2、輸出功率過大
現象:輸出功率超級大,星座圖一片模糊,無法解調。
這是一個稍顯復雜的問題。
我們知道,Atheros的方案都會有輸出功率的控制部分,也就是讓Target Power和實際功率值相一致,這是如何實現的呢?我們將AP96的2.4GHz PA部份電路取出進行研究,如圖3-2所示。
圖3-2 2.4GHz PA電路