9787121085314 射频电路设计——理论与应用(第二版) 电子工业出版社 (美)路 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美路德维格 等 著

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• 理论与应用
• 9787121085314
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121085314

商品编码：29564764125

包装：平装

出版时间：2013-08-01

基本信息

书名：射频电路设计——理论与应用(第二版)

定价：59.00元

作者：(美)路德维格 等

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-08-01

ISBN：9787121085314

字数：736000

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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　　本书自成体系，仅需很少模拟电路设计及电磁场理论知识。每章包含“应用讲座”单元，给出许多电路应用实例，其详细设计过程引导读者顺利应用书中介绍的理论原则。

　　本书重点关注高频领域的如下重要问题：
·　　无源电路元件的特性和电路板材料
·　　传输线和微带线的基础知识
·　　圆图、网络模型、散射参量等分析工具
·　　谐振器、巴特沃思和切比雪夫滤波器、微带线的设计和实现
·　　二极管、三极管的半导体物理基础和等效电路
·　　匹配网络和偏置网络
·　　放大器及其增益、稳定性和噪声特性
·　　振荡器的基本概念、谐波分析和噪声特性
·　　有源、无源混频器的基本概念

内容提要

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　　本书从低频电路理论到射频、微波电路理论的演化过程出发，讨论以低频电路理论为基础结合高频电压、电流的波动特征来分析和设计射频、微波系统的方法——微波等效电路法，使不具备电磁场理论和微波技术背景的读者也能了解和掌握射频、微波电路的基本设计原则和方法。全书共10章，涵盖传输线、匹配网络、滤波器、混频器、放大器和振荡器等主要射频微波系统单元的理论分析和设计问题及电路分析工具（圆图、网络参量和信号流图）。书中例题非常有实用价值。全书大多数电路都经过ADS仿真，并提供标准MATLAB计算程序。

目录

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章 引言
　1.1 射频电路设计的重要性
　1.2 量纲和单位
　1.3 频谱
　1.4 无源元件的射频特性
　1.5 贴片元件及电路板
　1.6 射频电路制作方法
　应用讲座： 线圈电感的测量
　1.7 小结
　阅读文献
　习题
第2章 传输线理论
　2.1 传输线理论的实质
　2.2 传输线实例
　2.3 等效电路模型
　2.4 理论基础
　2.5 平行板传输线的电路参数
　2.6 传输线结构小结
　2.7 传输线方程
　2.8 微带传输线
　2.9 终端加载的无损耗传输线
　2.10典型的终端条件
　2.11连接波源、负载的传输线
　应用讲座： 有载同轴电缆阻抗的测量
　2.12小结
　阅读文献
　习题
第3章 史密斯圆图
　3.1 反射系数与负载阻抗
　3.2 阻抗变换
　3.3 导纳变换
　3.4 并联和串联电路
　应用讲座： 史密斯圆图的应用
　3.5 小结
　阅读文献
　习题
第4章 单端口网络和多端口网络
　4.1 基本定义
　4.2 互联网络
　4.3 网络特性及其应用
　4.4 散射参量
　应用讲座： 电阻网络衰减器
　4.5 小结
　阅读文献
　习题
第5章 射频滤波器设计
　5.1 谐振器和滤波器的基本结构
　5.2 特定滤波器的设计
　5.3 滤波器的实现
　5.4 耦合微带线滤波器
　应用讲座： 低通微带线滤波器的实现
　5.5 小结
　阅读文献
　习题
第6章 射频有源器件
　6.1 半导体物理基础
　6.2 射频二极管
　6.3 双极晶体管
　6.4 射频场效应晶体管
　6.5 金属氧化物半导体晶体管
　6.6 高电子迁移率晶体管
　6.7 半导体技术的发展趋势
　应用讲座： 射频功率晶体管的内部结构
　6.8 小结
　阅读文献
　习题
第7章 射频有源器件模型
　7.1 二极管模型
　7.2 晶体管模型
　7.3 有源器件的测量
　7.4 器件特性的散射参量
　应用讲座： 采用电路仿真软件为射频晶体管建模
　7.5 小结
　阅读文献
　习题
第8章 匹配网络和偏置网络
　8.1 采用分立元件的匹配网络
　8.2 微带线匹配网络
　8.3 放大器的工作状态和偏置网络
　应用讲座： 设计7 GHz高电子迁移率晶体管放大器的匹配网络和偏置网络
　8.4 小结
　阅读文献
　习题
第9章 射频晶体管放大器设计
　9.1 放大器的特性指标
　9.2 放大器的功率关系
　9.3 稳定性判别
　9.4 增益恒定
　9.5 噪声系数圆
　9.6 等驻波系数圆
　9.7 宽带放大器、大功率放大器和多级放大器
　应用讲座： 中功率放大器模型性能参数的测量
　9.8 小结
　阅读文献
　习题
0章 振荡器和混频器
　10.1 振荡器的基本模型
　10.2 高频振荡器电路
　10.3 混频器的基本特征
　应用讲座： 采用谐波平衡分析法仿真实际的振荡器
　10.4 小结
　阅读文献
　习题
　附录A 常用物理量和单位
　附录B 圆柱导体的趋肤公式
　附录C 复数
　附录D 矩阵变换
　附录E 半导体材料的物理参量
　附录F 二极管的无限长模型和有限长模型
　附录G 耦合器
　附录H 噪声分析
　附录I MATLAB简介

作者介绍

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　　ReinholdLudwig：美国伍斯特技术学院电气与计算机工程系教授。教学和科研领域包括高频电路、成像和传感器。
　　Gene Bogdanov：美国伍斯特技术学院副教授。讲授微处理器设计课程，并研究用于成像的射频线圈。

文摘

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序言

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探索电磁世界的奥秘：射频电路设计前沿解析 在现代科技飞速发展的浪潮中，从我们手中的智能手机到浩瀚的通信卫星，背后都离不开一个至关重要的技术领域——射频电路设计。它如同连接数字世界与物理现实的桥梁，将抽象的信号转化为能够穿越时空的电磁波，驱动着信息时代的脉搏。本书并非聚焦于某一特定教材的介绍，而是旨在为有志于深入理解射频电路设计的读者，提供一个广阔的视野和深入的理论指导，揭示这一迷人领域的核心概念、关键技术以及未来的发展趋势。 一、射频电路设计的基石：理解电磁波与电路理论的交融 射频（RF）电路设计的核心在于对高频电磁场的深刻理解。与低频电路专注于电压和电流的传递不同，射频领域必须同时考虑电磁波的传播特性。这意味着，我们需要超越简单的欧姆定律和基尔霍夫定律，引入分布参数电路理论。传输线理论成为射频设计不可或缺的工具，它解释了信号在导线中传播时，由于长度与波长相当而产生的各种现象，例如反射、驻波和阻抗匹配。 阻抗匹配是射频电路设计中的一个核心概念。当信号源、传输线和负载的阻抗不匹配时，能量会在界面处发生反射，导致信号损耗和失真。因此，学习如何使用匹配网络，如Lumped Elements（集总元件）匹配和Distributed Elements（分布元件）匹配，来确保最大功率传输和最小信号反射，是射频工程师的基本功。史密斯圆图（Smith Chart）作为一种直观的图形工具，在分析和设计匹配网络方面扮演着至关重要的角色，它将复杂的复数阻抗映射到二维平面上，极大地简化了阻抗匹配的求解过程。 除了传输线理论，电磁场的分析也是射频设计的基石。了解电磁波的产生、传播和辐射机制，以及它们如何与电路元件相互作用，能够帮助我们预测电路的性能并优化设计。这涉及到麦克斯韦方程组（Maxwell's Equations）的理解，虽然在实际设计中可能不直接求解，但其背后的物理原理是指导设计的根本。 二、射频电路的关键组成模块与设计挑战 射频电路系统通常由一系列相互连接的模块组成，每个模块都有其特定的功能和设计挑战： 射频前端（RF Front-End）： 这是射频信号处理的入口，通常包括低噪声放大器（LNA）、滤波器、混频器和功率放大器（PA）等。 低噪声放大器（LNA）： LNA是接收端的关键组件，其主要任务是在不显著增加噪声的情况下放大微弱的射频信号。低噪声系数（Noise Figure, NF）是衡量LNA性能的重要指标。设计LNA需要权衡增益、噪声系数、线性度（通常用IP3或P1dB表示）和功耗。 滤波器（Filters）： 滤波器用于选择所需的信号频率，同时抑制带外干扰。在射频领域，滤波器设计面临着带宽、选择性、插入损耗和功率处理能力等方面的挑战。常见的射频滤波器类型包括腔体滤波器、介质滤波器和微带滤波器等。 混频器（Mixers）： 混频器是实现频率转换的关键器件，例如在超外差接收机中，将射频信号下变频到中频（IF）。设计混频器需要关注其变频损耗、镜像抑制、线性度和本振泄漏等性能指标。 功率放大器（PA）： PA是发射端的关键组件，负责将射频信号放大到足以进行远距离传输的功率。PA设计面临着高效率、高线性度、宽带宽和良好的热管理等挑战。线性度是PA设计中的一个重要考量，因为非线性会产生带内失真和带外辐射（例如邻道功率）。 振荡器与频率合成器（Oscillators and Frequency Synthesizers）： 振荡器（Oscillators）： 振荡器是产生射频信号的核心，需要提供稳定且频率精确的载波信号。振荡器的相位噪声是衡量其性能的关键指标，它直接影响通信系统的接收灵敏度和误码率。 频率合成器（Frequency Synthesizers）： 频率合成器能够产生一个范围内的精确且可控的频率信号，是现代通信系统必不可少的组成部分。锁相环（PLL）是实现频率合成的主要技术，其设计需要考虑环路带宽、锁定时间和相位噪声等因素。 射频开关与复用器（RF Switches and Multiplexers）： 射频开关（RF Switches）： 射频开关用于在不同的射频路径之间进行切换，例如在多频段通信设备中。理想的射频开关应具有低插入损耗、高隔离度和快速的开关速度。 复用器（Multiplexers）： 复用器允许在同一天线上传输或接收多个频率的信号，是实现多模、多频段通信的关键。 三、现代射频电路设计的关键技术与趋势 随着通信技术的不断进步，射频电路设计也面临着新的挑战和机遇，涌现出许多先进的设计技术： 先进的半导体工艺： 硅基CMOS工艺、BiCMOS工艺以及GaAs、GaN等化合物半导体工艺在射频器件设计中扮演着越来越重要的角色。CMOS工艺的低成本和高集成度使其在许多消费类电子产品中得到广泛应用，而GaAs和GaN则在高性能、高功率应用中展现出优势。 集成化与片上系统（SoC）： 将射频前端、基带处理和其他功能模块集成到同一芯片上，即系统级芯片（SoC），是射频设计的重要发展方向。这有助于减小尺寸、降低功耗和成本，并提高系统性能。 数字预失真（DPD）与数字信号处理（DSP）： 为了提高功率放大器的线性度，数字预失真技术利用数字信号处理来抵消放大器的非线性失真。DSP在射频接收机中也得到越来越广泛的应用，用于实现滤波器、解调器等功能，提高了灵活性和性能。 MIMO（多输入多输出）技术： MIMO技术通过使用多个发射和接收天线来提高数据传输速率和频谱效率，是4G、5G等现代通信标准的核心技术之一。MIMO系统的设计需要考虑天线布局、信号处理和射频前端的协同工作。 先进的电磁仿真工具： 复杂的射频电路设计离不开精确的电磁仿真工具。这些工具能够模拟电磁波在电路中的传播行为，帮助设计师预测和优化电路性能，减少原型制作和测试的次数。 四、深入学习的途径与资源 要掌握射频电路设计的精髓，系统性的学习和实践至关重要。除了阅读相关的专业书籍，以下途径也能提供宝贵的学习资源： 学术期刊与会议： 关注IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, IEEE Microwave Magazine, IEEE MTT-S International Microwave Symposium等顶级学术期刊和会议，可以了解最新的研究成果和技术动态。 在线课程与教程： 许多大学和专业机构提供射频电路设计的在线课程，例如Coursera, edX, Udemy等平台，以及Keysight, Rohde & Schwarz等厂商提供的技术培训。 实践与仿真： 动手实践是检验理论知识的最佳方式。利用射频仿真软件，如ADS (Advanced Design System), Cadence Spectre RF, CST Studio Suite等，可以对设计的电路进行模拟和验证。 参加行业活动： 积极参与射频和微波领域的行业展览、研讨会和技术交流活动，与同行交流经验，拓展视野。 结语 射频电路设计是一个充满挑战与机遇的领域，它不仅需要深厚的理论功底，更需要敏锐的洞察力和创新的思维。从基础的传输线理论到复杂的系统集成，每一个环节都蕴含着精妙的物理原理和工程智慧。掌握射频电路设计的关键技术，意味着能够驾驭电磁波的语言，为构建更智能、更互联的未来世界贡献力量。本书旨在激发您对射频领域的探索热情，引导您踏上这条充满发现的科学技术之旅。

评分☆☆☆☆☆

作为一本“第二版”，这本书的更新速度和前沿性令人赞叹。让我惊喜的是，它对现代无线通信标准中涉及的一些关键模块也进行了深入的探讨，比如针对5G等宽带系统中的关键技术点。我感觉作者没有仅仅满足于讲解传统的窄带设计范例，而是积极地将传统的射频理论与新兴的毫米波技术和集成技术（如SOI/SiGe工艺的特点）结合起来分析。它在讲解集成电路（IC）设计时，对于如何处理片上电感的寄生效应、电容耦合等微小但致命的问题，给出了非常详尽的分析和实例。读起来能明显感觉到，这不是一本停留在几十年前理论上的教材，而是紧跟业界最新发展趋势的实用指南，对于期望进入高端射频IC设计领域的读者来说，无疑是一笔宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是让我对射频电路设计有了全新的认识。我之前一直觉得这块内容是高不可攀的硬骨头，各种高频效应、阻抗匹配、噪声分析，看得我头昏脑涨。但这本书的讲解方式简直是化繁为简的高手。它不是那种堆砌公式让你望而生畏的教科书，而是更像一个经验丰富的老工程师在手把手教你如何从零开始构建一个实际可用的射频前端。特别是它对史密斯圆图的引入，不再是冷冰冰的数学推导，而是结合了实际的匹配网络设计案例，让我一下子就明白了那些曲线和点到底意味着什么，实际操作起来心里就有底气多了。我特别喜欢它在讨论噪声系数和线性度（如IP3）时的深度，没有仅仅停留在理论公式，而是深入剖析了在实际晶体管选型和电路拓扑结构上应该如何权衡取舍，这种工程实践的视角，对于我们这些想把理论转化为产品的工程师来说，简直是太及时雨了。读完这部分内容，感觉对未来设计低噪声放大器（LNA）和混频器时应该注意的陷阱有了更清晰的预判。

评分☆☆☆☆☆

我必须得说，这本书在处理天线和传输线理论方面的阐述，是目前我读过的中文译著里最清晰透彻的之一。很多教材在讲传输线时，总是在一个很抽象的层面打转，什么特性阻抗、反射系数，听起来都很玄乎。但这本书似乎非常注重将这些概念与实际的PCB走线设计联系起来。它详细分析了微带线和带状线在不同介质基板上的实际表现，包括如何计算它们的特征阻抗，以及当PCB边缘效应出现时，如何通过更精细的布局来最小化损耗和串扰。我尤其关注了关于电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）的章节，作者并没有将这部分内容简单地作为附录带过，而是将其深度融入到电路布局和屏蔽设计的讨论中。这使得在设计高频模块时，我能更早地将信号完整性（SI）和EMC的考量纳入设计初期，而不是等到样机出来才发现辐射超标，那种“亡羊补牢”的痛苦，这本书似乎已经帮我提前规避了许多。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和广度都超出了我的预期，尤其是在讲解功率放大器（PA）的设计部分，让我印象极为深刻。功率放大器是射频系统的心脏，也是最难做好的部分之一，因为它涉及到效率、线性度和热管理之间的复杂三角博弈。这本书没有回避这些难题，而是系统地介绍了不同类型的PA架构，比如甲类、AB类以及更先进的包络跟踪技术。我特别欣赏它对高效率调制方案（如OFDM）下PA线性化技术的讨论，比如数字预失真（DPD）的基本原理和实施挑战。作者展示的不仅仅是如何搭建一个放大电路，而是如何理解在给定频谱效率和功耗预算下，选择最优的PA架构和偏置点的决策过程。这种从系统需求反推电路设计的思维模式，对于提高我自身设计决策的科学性和有效性，帮助太大了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排结构和语言风格非常严谨，带着一种欧洲理工科严谨治学的影子，但又不失工程实践的可操作性。它在讲解每一个子模块时，总是先建立清晰的数学模型，然后立刻过渡到实际电路元件的参数选择和对性能指标的影响上。例如，在讲解混频器（Mixer）时，它不仅讨论了插损和噪声系数，还非常细致地分析了局部振荡器（LO）的相位噪声如何直接“泄漏”到射频（RF）和中频（IF）端口，以及如何通过平衡结构来抑制这种泄漏。这种层层递进、注重细节的写作方式，极大地培养了我的“系统思维”。它让我意识到，射频设计中的任何一个看似孤立的模块，其实都与其他模块有着千丝万缕的联系，任何一个环节的失误都可能导致整个系统性能的雪崩式下滑。这本书提供了一个完整的框架，帮助我们建立起这种全局观。