ADS2011射頻電路設計與仿真實例 徐興福

ADS2011射頻電路設計與仿真實例 徐興福 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

徐興福 著
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店鋪: 南源圖書專營店
齣版社: 電子工業齣版社
ISBN:9787121227998
商品編碼:11410629724
包裝:平裝
齣版時間:2014-05-01

具體描述


《現代射頻係統設計精要》 第一部分:基礎理論與核心概念 第一章:射頻電路設計概覽 本章將全麵梳理射頻(RF)電路設計的核心理念與發展脈絡。我們將從射頻信號的特性齣發,深入探討其與低頻信號的本質區彆,包括頻率範圍、波長、電磁傳播特性等。在此基礎上,我們將引齣射頻電路設計的關鍵挑戰,如阻抗匹配、信號完整性、噪聲抑製、寄生效應以及互調失真等,並簡要介紹解決這些挑戰的通用策略。 射頻信號的物理特性: 深入分析高頻電磁波的傳播規律,理解趨膚效應、鄰近效應等對電流分布的影響。探討電磁場在微帶綫、帶狀綫等傳輸綫上的傳播模式。 射頻電路設計的關鍵挑戰: 詳細剖析阻抗失配在高頻電路中的錶現及其對信號傳輸的影響。闡述信號完整性問題,包括反射、串擾、振鈴等,以及如何通過閤理的布局和布綫來規避。深入講解噪聲在射頻係統中的各個來源(如熱噪聲、散彈噪聲、器件噪聲等)以及其對係統靈敏度的影響。分析寄生參數(電感、電容)在高頻下的放大效應,以及它們如何乾擾電路的正常工作。重點闡述非綫性器件(如晶體管、混頻器)産生的互調失真,以及這對通信係統性能的嚴重影響。 設計流程與工具: 介紹射頻電路設計的典型流程,從係統需求分析到原理圖設計、仿真驗證、PCB布局布綫,再到硬件調試。初步介紹常用的射頻設計軟件工具,如ADS、Cadence等,以及它們在原理圖編輯、電磁仿真、版圖設計、電路仿真等方麵的功能。 第二章:微波網絡參數與阻抗匹配 本章將聚焦於描述射頻電路性能的關鍵參數——S參數,並深入講解阻抗匹配這一射頻設計中最核心、最基礎的環節。我們將從理論層麵理解S參數的物理意義,學習如何利用S參數來錶徵器件和電路的性能,並掌握各種阻抗匹配技術及其應用。 S參數的物理意義與測量: 詳細闡述S參數如何描述射頻信號在端口之間的傳輸和反射。理解S11(輸入迴波損耗)、S21(插入損耗/增益)、S22(輸齣迴波損耗)、S12(反嚮傳輸係數)等各參數的含義及其與功率、電壓、電流的關係。介紹S參數的測量方法和常用的測量儀器,如網絡分析儀。 阻抗匹配的原理與重要性: 深刻理解最大功率傳輸定理,以及為何在射頻電路中實現阻抗匹配對於最大化信號傳輸效率、最小化信號反射、降低損耗至關重要。分析阻抗失配帶來的負麵影響,如功率損耗、失真加劇、電路不穩定等。 Smith圓圖的應用: 詳細介紹Smith圓圖作為一種幾何工具,在分析和設計阻抗匹配網絡中的強大作用。學習如何在Smith圓圖上錶示阻抗、導納、迴波損耗、電壓駐波比(VSWR)等參數。掌握利用Smith圓圖進行歸一化阻抗變換、串聯/並聯元件匹配、以及使用匹配網絡(如L型、π型、T型匹配)的方法。 匹配網絡的實現技術: 介紹多種實現阻抗匹配的物理結構,包括集總元件匹配(如電感、電容)和分布參數匹配(如微帶綫段、枝節)。分析不同匹配技術的優缺點,以及它們在不同頻率和應用場景下的適用性。 第三章:射頻濾波器設計基礎 濾波器在射頻係統中扮演著至關重要的角色,用於選擇和抑製特定頻率的信號。本章將從基本概念齣發,介紹不同類型的射頻濾波器,並探討其設計原則和實現方法。 濾波器的基本類型與性能指標: 介紹低通、高通、帶通、帶阻等基本濾波器類型,以及它們在信號處理中的作用。深入理解濾波器的關鍵性能指標,如通帶、阻帶、截止頻率、插入損耗、帶內平坦度、阻帶衰減、群延遲、選擇性等。 濾波器響應類型: 詳細講解Butterworth(最大平坦)、Chebyshev(等波紋)、Inverse Chebyshev、Elliptic(Cauer)等不同濾波器響應類型,分析它們在通帶和阻帶特性上的權衡,以及各自的優缺點。 濾波器設計方法: 介紹將傳輸函數轉換為物理電路的常用方法,如切比雪夫多項式法、巴特沃斯多項式法等。講解如何根據給定的技術指標,選擇閤適的濾波器響應類型和階數,並計算齣濾波器各個元件的數值。 濾波器實現技術: 介紹集中參數濾波器(如LC濾波器)的設計與仿真,以及分布式參數濾波器(如微帶綫濾波器、脊形濾波器、耦閤綫濾波器)的設計原則。探討不同濾波器實現技術在寄生效應、損耗、集成度等方麵的差異。 第四章:射頻放大器設計原理 放大器是射頻係統中實現信號增益的關鍵模塊。本章將深入探討射頻放大器的設計原理,從器件選擇、偏置設置到增益、噪聲係數、穩定性和功率性能的優化。 雙端口網絡分析與放大器基本模型: 迴顧S參數在放大器分析中的應用,理解前嚮增益(S21)、迴波損耗(S11, S22)、反嚮隔離(S12)等參數的意義。介紹單端口和雙端口放大器的基本模型。 晶體管作為放大元件: 詳細分析雙極型晶體管(BJT)和金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)在高頻下的特性,如fT、fmax、增益-帶寬積等。理解它們在射頻放大器中的應用優勢與局限性。 增益、噪聲係數與穩定性: 講解增益的實現方式,如單級、多級放大器設計。深入分析噪聲係數(NF)的概念及其對接收機靈敏度的影響,介紹如何通過器件選擇和匹配來優化噪聲係數。重點闡述電路穩定性問題,理解K因子、Δ因子等穩定性判據,並介紹穩定電路的設計技術,如負反饋、匹配網絡設計。 匹配網絡的優化: 強調輸入匹配和輸齣匹配對放大器增益、噪聲係數和穩定性的綜閤影響。介紹如何利用Smith圓圖來設計最優的輸入和輸齣匹配網絡,以實現最佳的性能摺衷。 功率放大器(PA)基礎: 初步介紹功率放大器的設計目標,如功率輸齣、效率、綫性度等。簡要介紹AB類、B類、C類等不同偏置方式對功率和效率的影響。 第二部分:高級主題與實用技術 第五章:射頻振蕩器與鎖相環(PLL) 振蕩器是産生射頻信號的基礎,而鎖相環(PLL)則是實現精確頻率控製和信號閤成的關鍵技術。本章將深入探討振蕩器的設計原理以及PLL在現代通信係統中的重要作用。 振蕩器的工作原理: 講解正弦波振蕩器的基本構成,包括放大器和正反饋網絡。深入理解Barkhausen振蕩判據,以及振蕩器穩定工作的條件(增益和相位)。 常見振蕩器類型: 介紹Colpitts、Hartley、Clapp、RC振蕩器等經典振蕩器電路,分析它們的結構特點和性能優勢。 壓控振蕩器(VCO)設計: 重點講解VCO的原理,即輸齣頻率隨控製電壓變化。介紹實現VCO的常用技術,如變容二極管、MOSFET溝道電容等。分析VCO的調頻斜率、綫性度、相位噪聲等關鍵參數。 鎖相環(PLL)基本原理: 詳細介紹PLL的組成模塊:鑒相器(PD)、低通濾波器(LPF)和壓控振蕩器(VCO)。講解PLL的工作機製,即通過反饋環路使輸齣信號的相位與參考信號同步。 PLL的性能指標: 分析PLL的捕獲範圍、鎖定範圍、鎖定時間、相位噪聲、抖動等關鍵性能指標,並闡述這些指標對係統性能的影響。 PLL的應用: 介紹PLL在頻率閤成、時鍾恢復、解調器、數字通信係統中的廣泛應用。 第六章:混頻器與倍頻器設計 混頻器和倍頻器是射頻係統中用於改變信號頻率的關鍵非綫性電路。本章將深入講解它們的原理、設計方法以及性能考量。 混頻器的基本原理: 講解混頻器的核心功能:將兩個輸入信號(本地振蕩器LO信號和射頻RF信號)混閤,産生新的頻率分量,包括和頻、差頻以及各輸入信號的諧波。 理想混頻器模型: 介紹理想混頻器的數學模型,分析其産生的新頻率分量。 常見混頻器結構: 詳細介紹二極管混頻器(單端、平衡、雙平衡)、MOSFET混頻器、Gilbert單元混頻器等不同結構的原理、優缺點和適用場景。 混頻器的關鍵性能指標: 深入理解轉換損耗(Conversion Loss)、互調失真(IMD)、本振泄露、射頻泄露、隔離度等參數,並分析它們對係統性能的影響。 倍頻器設計: 講解倍頻器(倍頻器)的工作原理,以及如何利用非綫性器件産生輸入信號的整數倍頻率。介紹二極管倍頻器、FET倍頻器等實現方式。分析倍頻器的效率、帶外雜散抑製等問題。 第七章:射頻開關與衰減器 射頻開關和衰減器在信號路由、電平控製和係統調試中發揮著不可或缺的作用。本章將探討這些器件的設計與應用。 射頻開關: 開關類型: 介紹機械式射頻開關、半導體射頻開關(如PIN二極管開關、FET開關)的原理、特點和適用性。 關鍵參數: 講解插入損耗、隔離度、開關速度、電壓駐波比(VSWR)、綫性度等參數。 應用: 介紹射頻開關在多通道信號選擇、天綫切換、信號路徑重構等方麵的應用。 射頻衰減器: 衰減器類型: 介紹固定衰減器(如T型、π型衰減器)和可變衰減器(如步進衰減器、連續衰減器)的設計原理。 關鍵參數: 講解衰減值、頻率響應、插入損耗、VSWR、功率處理能力。 應用: 介紹衰減器在信號電平控製、鏈路預算調整、接收機保護等方麵的作用。 第八章:射頻電磁兼容性(EMC)與信號完整性(SI) 隨著射頻係統集成度的不斷提高,EMC和SI問題變得尤為突齣。本章將關注射頻電路中的EMC和SI挑戰,並提供實用的設計與防護策略。 射頻EMC基礎: 輻射與耦閤: 分析射頻信號的輻射機理,以及不同耦閤機製(電感耦閤、電容耦閤、電磁場耦閤)在電路闆上的傳播。 EMC標準與測試: 簡要介紹相關的EMC標準和測試方法。 射頻信號完整性: 傳輸綫理論迴顧: 深入理解微帶綫、帶狀綫等傳輸綫的特性阻抗、傳播延遲、損耗等。 反射與串擾: 詳細分析阻抗不匹配導緻的信號反射,以及信號綫之間的串擾如何影響信號質量。 設計策略: 提齣PCB布局布綫中提高信號完整性的策略,包括走綫長度控製、綫寬綫距優化、端接電阻的應用、接地層設計等。 屏蔽與濾波: 屏蔽技術: 介紹射頻屏蔽的原理和方法,包括金屬屏蔽罩、電磁屏蔽塗層等,以及如何實現有效的屏蔽。 濾波器的EMC應用: 講解在電源綫、信號綫引入濾波電路,以抑製外部乾擾或內部輻射。 接地與去耦: 強調良好的接地設計和有效的去耦電容布置在射頻EMC/SI設計中的關鍵作用。 第三部分:案例分析與實踐指導 第九章:低噪聲放大器(LNA)設計實例 本章將通過一個具體的低噪聲放大器設計案例,展示LNA的設計流程、理論計算與仿真驗證。 LNA設計目標與選型: 設定具體的LNA性能指標(如增益、噪聲係數、輸入輸齣阻抗、帶寬、功率等),並選擇閤適的晶體管器件。 輸入匹配與輸齣匹配設計: 基於S參數和噪聲參數,利用Smith圓圖計算最優的輸入匹配網絡,以最小化噪聲係數,並設計輸齣匹配網絡以獲得期望的增益。 偏置電路設計: 設計閤適的偏置電路,為晶體管提供穩定的工作點,並分析偏置對LNA性能的影響。 穩定性分析與改善: 對設計的LNA進行穩定性分析,並根據需要設計穩定電路。 仿真驗證: 使用射頻仿真軟件(如ADS)對設計的LNA進行S參數仿真、噪聲係數仿真、功率掃描仿真等,與設計指標進行對比。 第十章:功率放大器(PA)設計實例 本章將以一個常見的功率放大器設計案例,闡述PA的設計思路、關鍵考量以及優化方法。 PA設計目標與器件選擇: 明確PA的輸齣功率、效率、綫性度、增益等指標,並選擇閤適的功率晶體管。 偏置策略與效率優化: 討論不同偏置方式(如A類、AB類)對PA效率和綫性的影響,設計閤適的偏置電路。 匹配網絡設計(考慮功率): 設計輸入和輸齣匹配網絡,重點關注在高輸齣功率下的匹配效果,以及如何避免功率壓縮和失真。 熱設計考慮: 強調功率放大器産生的熱量問題,以及散熱設計的重要性。 仿真與調試: 進行PA的功率掃描、效率分析、IMD3分析等仿真,並介紹實際硬件調試中的注意事項。 第十一章:接收機與發射機子係統集成 本章將探討如何將前麵章節中介紹的各個射頻模塊(LNA、混頻器、振蕩器、PA等)集成到完整的接收機和發射機係統中,並分析係統級的性能考量。 接收機架構: 介紹超外差接收機、零中頻(Zero-IF)接收機等典型架構,分析它們的優缺點。 發射機架構: 介紹基帶信號處理、上變頻、功率放大等發射機組成部分。 係統級性能分析: 講解接收機靈敏度、選擇性、動態範圍,以及發射機輸齣功率、雜散發射、調製質量等係統級性能指標的定義和計算。 鏈路預算分析: 演示如何通過鏈路預算來評估整個係統的通信性能。 集成挑戰: 討論不同模塊之間的相互影響,如LO饋入、寄生耦閤、接地問題等,以及如何通過閤理的係統規劃和布局來剋服。 第十二章:現代射頻設計趨勢與未來展望 本章將對當前射頻設計領域的最新技術趨勢進行探討,並展望未來的發展方嚮。 多頻多模技術: 介紹現代通信係統對多頻段、多模兼容的需求,以及如何在單個芯片或模塊中實現。 軟件定義射頻(SDR): 探討SDR的理念,即通過軟件來重新配置射頻功能,以實現更高的靈活性和可重構性。 集成電路(IC)技術: 介紹CMOS、SiGe、GaAs等不同半導體工藝在射頻集成電路設計中的應用及其發展。 人工智能(AI)在射頻設計中的應用: 探討AI技術在參數優化、故障診斷、自適應控製等方麵的潛在應用。 小型化與高集成度: 分析射頻模塊嚮小型化、高集成度發展的趨勢,以及對設計帶來的挑戰。 新興應用領域: 探討射頻技術在物聯網(IoT)、5G/6G通信、雷達、醫療健康等新興領域的應用前景。 通過本書的學習,讀者將能夠係統地掌握射頻電路設計的基礎理論、核心技術和實用方法,並能夠獨立地完成射頻係統的設計、仿真與初步調試。本書旨在為射頻工程師、通信工程師以及相關領域的研究者提供一本全麵、深入且具有實踐指導意義的參考手冊。

用戶評價

評分

初拿到這本《ADS2011射頻電路設計與仿真實例》時,首先被其厚實的質感所吸引,拿在手裏感覺很踏實。封麵設計雖然樸素,但信息傳達十分到位,書名和作者清晰可見,給人一種專業、嚴謹的感覺。翻開書頁,紙張的觸感細膩,印刷質量也相當不錯,字跡清晰,排版也顯得井然有序,這為接下來的深入閱讀奠定瞭良好的基礎。

評分

這套書的整體包裝給人一種專業且可靠的印象。封麵設計延續瞭係列一貫的簡潔風格,沒有過多的修飾,重點突齣書名和作者信息,顯得十分穩重。書本的厚度適中,拿在手裏有一定的分量,說明內容比較充實。紙張的質量也很好,觸感光滑,印刷清晰,字跡銳利,長時間閱讀也不會感到疲勞,整體來看,是一本製作精良的學術書籍。

評分

我對手邊的這本《ADS2011射頻電路設計與仿真實例》的第一印象是它散發齣的那種沉靜而有力量的學術氣息。封麵設計上,沒有過多的浮誇元素,而是用一種質樸的風格,將書名和作者信息清晰地呈現在眼前,傳遞齣一種嚴謹、專業的氣質。拿在手中的分量也恰到好處,預示著內容的豐富與紮實。翻開書頁,紙張的質感相當不錯,摸起來細膩且有韌性,印刷更是無可挑剔,字跡清晰銳利,排版布局閤理,使得閱讀過程更加舒適和高效。

評分

這套書給我的第一印象是學術氣息濃厚,裝幀風格嚴謹,封麵的設計簡潔大氣,雖然不像某些暢銷書那樣追求視覺衝擊力,但傳遞齣一種專業、可靠的信號。紙質的選擇也很考究,翻閱時不易反光,文字清晰銳利,長時間閱讀也不會覺得眼睛疲勞。書脊處的裝訂牢固,每一頁都仿佛被精心嗬護,讓我對接下來的閱讀充滿瞭期待,感覺作者在內容和形式上都投入瞭極大的心血。

評分

這本書的封麵設計相當樸實,沒有花哨的圖案,黃色的背景上是醒目的黑色宋體字,書名和作者的名字都一目瞭然。拿到手裏,厚度適中,紙張的觸感很不錯,摸起來有種沉甸甸的實在感,不是那種輕飄飄的廉價紙。我翻開扉頁,印製清晰,沒有發現錯彆字或者模糊不清的地方。目錄的排版也很有條理,章節劃分清晰,能夠大緻瞭解本書內容的廣度和深度。

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