9787121085314 射頻電路設計——理論與應用(第二版) 電子工業齣版社 (美)路 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美路德維格 等 著

圖書標籤:

• 射頻電路
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• 第二版
• 理論與應用
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• 專業教材

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121085314

商品編碼：29564764125

包裝：平裝

齣版時間：2013-08-01

基本信息

書名：射頻電路設計——理論與應用(第二版)

定價：59.00元

作者：(美)路德維格 等

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-08-01

ISBN：9787121085314

字數：736000

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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　　本書自成體係，僅需很少模擬電路設計及電磁場理論知識。每章包含“應用講座”單元，給齣許多電路應用實例，其詳細設計過程引導讀者順利應用書中介紹的理論原則。

　　本書重點關注高頻領域的如下重要問題：
·　　無源電路元件的特性和電路闆材料
·　　傳輸綫和微帶綫的基礎知識
·　　圓圖、網絡模型、散射參量等分析工具
·　　諧振器、巴特沃思和切比雪夫濾波器、微帶綫的設計和實現
·　　二極管、三極管的半導體物理基礎和等效電路
·　　匹配網絡和偏置網絡
·　　放大器及其增益、穩定性和噪聲特性
·　　振蕩器的基本概念、諧波分析和噪聲特性
·　　有源、無源混頻器的基本概念

內容提要

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　　本書從低頻電路理論到射頻、微波電路理論的演化過程齣發，討論以低頻電路理論為基礎結閤高頻電壓、電流的波動特徵來分析和設計射頻、微波係統的方法——微波等效電路法，使不具備電磁場理論和微波技術背景的讀者也能瞭解和掌握射頻、微波電路的基本設計原則和方法。全書共10章，涵蓋傳輸綫、匹配網絡、濾波器、混頻器、放大器和振蕩器等主要射頻微波係統單元的理論分析和設計問題及電路分析工具（圓圖、網絡參量和信號流圖）。書中例題非常有實用價值。全書大多數電路都經過ADS仿真，並提供標準MATLAB計算程序。

目錄

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章 引言
　1.1 射頻電路設計的重要性
　1.2 量綱和單位
　1.3 頻譜
　1.4 無源元件的射頻特性
　1.5 貼片元件及電路闆
　1.6 射頻電路製作方法
　應用講座： 綫圈電感的測量
　1.7 小結
　閱讀文獻
　習題
第2章 傳輸綫理論
　2.1 傳輸綫理論的實質
　2.2 傳輸綫實例
　2.3 等效電路模型
　2.4 理論基礎
　2.5 平行闆傳輸綫的電路參數
　2.6 傳輸綫結構小結
　2.7 傳輸綫方程
　2.8 微帶傳輸綫
　2.9 終端加載的無損耗傳輸綫
　2.10典型的終端條件
　2.11連接波源、負載的傳輸綫
　應用講座： 有載同軸電纜阻抗的測量
　2.12小結
　閱讀文獻
　習題
第3章 史密斯圓圖
　3.1 反射係數與負載阻抗
　3.2 阻抗變換
　3.3 導納變換
　3.4 並聯和串聯電路
　應用講座： 史密斯圓圖的應用
　3.5 小結
　閱讀文獻
　習題
第4章 單端口網絡和多端口網絡
　4.1 基本定義
　4.2 互聯網絡
　4.3 網絡特性及其應用
　4.4 散射參量
　應用講座： 電阻網絡衰減器
　4.5 小結
　閱讀文獻
　習題
第5章 射頻濾波器設計
　5.1 諧振器和濾波器的基本結構
　5.2 特定濾波器的設計
　5.3 濾波器的實現
　5.4 耦閤微帶綫濾波器
　應用講座： 低通微帶綫濾波器的實現
　5.5 小結
　閱讀文獻
　習題
第6章 射頻有源器件
　6.1 半導體物理基礎
　6.2 射頻二極管
　6.3 雙極晶體管
　6.4 射頻場效應晶體管
　6.5 金屬氧化物半導體晶體管
　6.6 高電子遷移率晶體管
　6.7 半導體技術的發展趨勢
　應用講座： 射頻功率晶體管的內部結構
　6.8 小結
　閱讀文獻
　習題
第7章 射頻有源器件模型
　7.1 二極管模型
　7.2 晶體管模型
　7.3 有源器件的測量
　7.4 器件特性的散射參量
　應用講座： 采用電路仿真軟件為射頻晶體管建模
　7.5 小結
　閱讀文獻
　習題
第8章 匹配網絡和偏置網絡
　8.1 采用分立元件的匹配網絡
　8.2 微帶綫匹配網絡
　8.3 放大器的工作狀態和偏置網絡
　應用講座： 設計7 GHz高電子遷移率晶體管放大器的匹配網絡和偏置網絡
　8.4 小結
　閱讀文獻
　習題
第9章 射頻晶體管放大器設計
　9.1 放大器的特性指標
　9.2 放大器的功率關係
　9.3 穩定性判彆
　9.4 增益恒定
　9.5 噪聲係數圓
　9.6 等駐波係數圓
　9.7 寬帶放大器、大功率放大器和多級放大器
　應用講座： 中功率放大器模型性能參數的測量
　9.8 小結
　閱讀文獻
　習題
0章 振蕩器和混頻器
　10.1 振蕩器的基本模型
　10.2 高頻振蕩器電路
　10.3 混頻器的基本特徵
　應用講座： 采用諧波平衡分析法仿真實際的振蕩器
　10.4 小結
　閱讀文獻
　習題
　附錄A 常用物理量和單位
　附錄B 圓柱導體的趨膚公式
　附錄C 復數
　附錄D 矩陣變換
　附錄E 半導體材料的物理參量
　附錄F 二極管的無限長模型和有限長模型
　附錄G 耦閤器
　附錄H 噪聲分析
　附錄I MATLAB簡介

作者介紹

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　　ReinholdLudwig：美國伍斯特技術學院電氣與計算機工程係教授。教學和科研領域包括高頻電路、成像和傳感器。
　　Gene Bogdanov：美國伍斯特技術學院副教授。講授微處理器設計課程，並研究用於成像的射頻綫圈。

文摘

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序言

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探索電磁世界的奧秘：射頻電路設計前沿解析 在現代科技飛速發展的浪潮中，從我們手中的智能手機到浩瀚的通信衛星，背後都離不開一個至關重要的技術領域——射頻電路設計。它如同連接數字世界與物理現實的橋梁，將抽象的信號轉化為能夠穿越時空的電磁波，驅動著信息時代的脈搏。本書並非聚焦於某一特定教材的介紹，而是旨在為有誌於深入理解射頻電路設計的讀者，提供一個廣闊的視野和深入的理論指導，揭示這一迷人領域的核心概念、關鍵技術以及未來的發展趨勢。 一、射頻電路設計的基石：理解電磁波與電路理論的交融 射頻（RF）電路設計的核心在於對高頻電磁場的深刻理解。與低頻電路專注於電壓和電流的傳遞不同，射頻領域必須同時考慮電磁波的傳播特性。這意味著，我們需要超越簡單的歐姆定律和基爾霍夫定律，引入分布參數電路理論。傳輸綫理論成為射頻設計不可或缺的工具，它解釋瞭信號在導綫中傳播時，由於長度與波長相當而産生的各種現象，例如反射、駐波和阻抗匹配。 阻抗匹配是射頻電路設計中的一個核心概念。當信號源、傳輸綫和負載的阻抗不匹配時，能量會在界麵處發生反射，導緻信號損耗和失真。因此，學習如何使用匹配網絡，如Lumped Elements（集總元件）匹配和Distributed Elements（分布元件）匹配，來確保最大功率傳輸和最小信號反射，是射頻工程師的基本功。史密斯圓圖（Smith Chart）作為一種直觀的圖形工具，在分析和設計匹配網絡方麵扮演著至關重要的角色，它將復雜的復數阻抗映射到二維平麵上，極大地簡化瞭阻抗匹配的求解過程。 除瞭傳輸綫理論，電磁場的分析也是射頻設計的基石。瞭解電磁波的産生、傳播和輻射機製，以及它們如何與電路元件相互作用，能夠幫助我們預測電路的性能並優化設計。這涉及到麥剋斯韋方程組（Maxwell's Equations）的理解，雖然在實際設計中可能不直接求解，但其背後的物理原理是指導設計的根本。 二、射頻電路的關鍵組成模塊與設計挑戰 射頻電路係統通常由一係列相互連接的模塊組成，每個模塊都有其特定的功能和設計挑戰： 射頻前端（RF Front-End）： 這是射頻信號處理的入口，通常包括低噪聲放大器（LNA）、濾波器、混頻器和功率放大器（PA）等。 低噪聲放大器（LNA）： LNA是接收端的關鍵組件，其主要任務是在不顯著增加噪聲的情況下放大微弱的射頻信號。低噪聲係數（Noise Figure, NF）是衡量LNA性能的重要指標。設計LNA需要權衡增益、噪聲係數、綫性度（通常用IP3或P1dB錶示）和功耗。 濾波器（Filters）： 濾波器用於選擇所需的信號頻率，同時抑製帶外乾擾。在射頻領域，濾波器設計麵臨著帶寬、選擇性、插入損耗和功率處理能力等方麵的挑戰。常見的射頻濾波器類型包括腔體濾波器、介質濾波器和微帶濾波器等。 混頻器（Mixers）： 混頻器是實現頻率轉換的關鍵器件，例如在超外差接收機中，將射頻信號下變頻到中頻（IF）。設計混頻器需要關注其變頻損耗、鏡像抑製、綫性度和本振泄漏等性能指標。 功率放大器（PA）： PA是發射端的關鍵組件，負責將射頻信號放大到足以進行遠距離傳輸的功率。PA設計麵臨著高效率、高綫性度、寬帶寬和良好的熱管理等挑戰。綫性度是PA設計中的一個重要考量，因為非綫性會産生帶內失真和帶外輻射（例如鄰道功率）。 振蕩器與頻率閤成器（Oscillators and Frequency Synthesizers）： 振蕩器（Oscillators）： 振蕩器是産生射頻信號的核心，需要提供穩定且頻率精確的載波信號。振蕩器的相位噪聲是衡量其性能的關鍵指標，它直接影響通信係統的接收靈敏度和誤碼率。 頻率閤成器（Frequency Synthesizers）： 頻率閤成器能夠産生一個範圍內的精確且可控的頻率信號，是現代通信係統必不可少的組成部分。鎖相環（PLL）是實現頻率閤成的主要技術，其設計需要考慮環路帶寬、鎖定時間和相位噪聲等因素。 射頻開關與復用器（RF Switches and Multiplexers）： 射頻開關（RF Switches）： 射頻開關用於在不同的射頻路徑之間進行切換，例如在多頻段通信設備中。理想的射頻開關應具有低插入損耗、高隔離度和快速的開關速度。 復用器（Multiplexers）： 復用器允許在同一天綫上傳輸或接收多個頻率的信號，是實現多模、多頻段通信的關鍵。 三、現代射頻電路設計的關鍵技術與趨勢 隨著通信技術的不斷進步，射頻電路設計也麵臨著新的挑戰和機遇，湧現齣許多先進的設計技術： 先進的半導體工藝： 矽基CMOS工藝、BiCMOS工藝以及GaAs、GaN等化閤物半導體工藝在射頻器件設計中扮演著越來越重要的角色。CMOS工藝的低成本和高集成度使其在許多消費類電子産品中得到廣泛應用，而GaAs和GaN則在高性能、高功率應用中展現齣優勢。 集成化與片上係統（SoC）： 將射頻前端、基帶處理和其他功能模塊集成到同一芯片上，即係統級芯片（SoC），是射頻設計的重要發展方嚮。這有助於減小尺寸、降低功耗和成本，並提高係統性能。 數字預失真（DPD）與數字信號處理（DSP）： 為瞭提高功率放大器的綫性度，數字預失真技術利用數字信號處理來抵消放大器的非綫性失真。DSP在射頻接收機中也得到越來越廣泛的應用，用於實現濾波器、解調器等功能，提高瞭靈活性和性能。 MIMO（多輸入多輸齣）技術： MIMO技術通過使用多個發射和接收天綫來提高數據傳輸速率和頻譜效率，是4G、5G等現代通信標準的核心技術之一。MIMO係統的設計需要考慮天綫布局、信號處理和射頻前端的協同工作。 先進的電磁仿真工具： 復雜的射頻電路設計離不開精確的電磁仿真工具。這些工具能夠模擬電磁波在電路中的傳播行為，幫助設計師預測和優化電路性能，減少原型製作和測試的次數。 四、深入學習的途徑與資源 要掌握射頻電路設計的精髓，係統性的學習和實踐至關重要。除瞭閱讀相關的專業書籍，以下途徑也能提供寶貴的學習資源： 學術期刊與會議： 關注IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, IEEE Microwave Magazine, IEEE MTT-S International Microwave Symposium等頂級學術期刊和會議，可以瞭解最新的研究成果和技術動態。 在綫課程與教程： 許多大學和專業機構提供射頻電路設計的在綫課程，例如Coursera, edX, Udemy等平颱，以及Keysight, Rohde & Schwarz等廠商提供的技術培訓。 實踐與仿真： 動手實踐是檢驗理論知識的最佳方式。利用射頻仿真軟件，如ADS (Advanced Design System), Cadence Spectre RF, CST Studio Suite等，可以對設計的電路進行模擬和驗證。 參加行業活動： 積極參與射頻和微波領域的行業展覽、研討會和技術交流活動，與同行交流經驗，拓展視野。 結語 射頻電路設計是一個充滿挑戰與機遇的領域，它不僅需要深厚的理論功底，更需要敏銳的洞察力和創新的思維。從基礎的傳輸綫理論到復雜的係統集成，每一個環節都蘊含著精妙的物理原理和工程智慧。掌握射頻電路設計的關鍵技術，意味著能夠駕馭電磁波的語言，為構建更智能、更互聯的未來世界貢獻力量。本書旨在激發您對射頻領域的探索熱情，引導您踏上這條充滿發現的科學技術之旅。

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，這本書在處理天綫和傳輸綫理論方麵的闡述，是目前我讀過的中文譯著裏最清晰透徹的之一。很多教材在講傳輸綫時，總是在一個很抽象的層麵打轉，什麼特性阻抗、反射係數，聽起來都很玄乎。但這本書似乎非常注重將這些概念與實際的PCB走綫設計聯係起來。它詳細分析瞭微帶綫和帶狀綫在不同介質基闆上的實際錶現，包括如何計算它們的特徵阻抗，以及當PCB邊緣效應齣現時，如何通過更精細的布局來最小化損耗和串擾。我尤其關注瞭關於電磁兼容性（EMC）和電磁乾擾（EMI）的章節，作者並沒有將這部分內容簡單地作為附錄帶過，而是將其深度融入到電路布局和屏蔽設計的討論中。這使得在設計高頻模塊時，我能更早地將信號完整性（SI）和EMC的考量納入設計初期，而不是等到樣機齣來纔發現輻射超標，那種“亡羊補牢”的痛苦，這本書似乎已經幫我提前規避瞭許多。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度和廣度都超齣瞭我的預期，尤其是在講解功率放大器（PA）的設計部分，讓我印象極為深刻。功率放大器是射頻係統的心髒，也是最難做好的部分之一，因為它涉及到效率、綫性度和熱管理之間的復雜三角博弈。這本書沒有迴避這些難題，而是係統地介紹瞭不同類型的PA架構，比如甲類、AB類以及更先進的包絡跟蹤技術。我特彆欣賞它對高效率調製方案（如OFDM）下PA綫性化技術的討論，比如數字預失真（DPD）的基本原理和實施挑戰。作者展示的不僅僅是如何搭建一個放大電路，而是如何理解在給定頻譜效率和功耗預算下，選擇最優的PA架構和偏置點的決策過程。這種從係統需求反推電路設計的思維模式，對於提高我自身設計決策的科學性和有效性，幫助太大瞭。

評分☆☆☆☆☆

作為一本“第二版”，這本書的更新速度和前沿性令人贊嘆。讓我驚喜的是，它對現代無綫通信標準中涉及的一些關鍵模塊也進行瞭深入的探討，比如針對5G等寬帶係統中的關鍵技術點。我感覺作者沒有僅僅滿足於講解傳統的窄帶設計範例，而是積極地將傳統的射頻理論與新興的毫米波技術和集成技術（如SOI/SiGe工藝的特點）結閤起來分析。它在講解集成電路（IC）設計時，對於如何處理片上電感的寄生效應、電容耦閤等微小但緻命的問題，給齣瞭非常詳盡的分析和實例。讀起來能明顯感覺到，這不是一本停留在幾十年前理論上的教材，而是緊跟業界最新發展趨勢的實用指南，對於期望進入高端射頻IC設計領域的讀者來說，無疑是一筆寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我對射頻電路設計有瞭全新的認識。我之前一直覺得這塊內容是高不可攀的硬骨頭，各種高頻效應、阻抗匹配、噪聲分析，看得我頭昏腦漲。但這本書的講解方式簡直是化繁為簡的高手。它不是那種堆砌公式讓你望而生畏的教科書，而是更像一個經驗豐富的老工程師在手把手教你如何從零開始構建一個實際可用的射頻前端。特彆是它對史密斯圓圖的引入，不再是冷冰冰的數學推導，而是結閤瞭實際的匹配網絡設計案例，讓我一下子就明白瞭那些麯綫和點到底意味著什麼，實際操作起來心裏就有底氣多瞭。我特彆喜歡它在討論噪聲係數和綫性度（如IP3）時的深度，沒有僅僅停留在理論公式，而是深入剖析瞭在實際晶體管選型和電路拓撲結構上應該如何權衡取捨，這種工程實踐的視角，對於我們這些想把理論轉化為産品的工程師來說，簡直是太及時雨瞭。讀完這部分內容，感覺對未來設計低噪聲放大器（LNA）和混頻器時應該注意的陷阱有瞭更清晰的預判。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編排結構和語言風格非常嚴謹，帶著一種歐洲理工科嚴謹治學的影子，但又不失工程實踐的可操作性。它在講解每一個子模塊時，總是先建立清晰的數學模型，然後立刻過渡到實際電路元件的參數選擇和對性能指標的影響上。例如，在講解混頻器（Mixer）時，它不僅討論瞭插損和噪聲係數，還非常細緻地分析瞭局部振蕩器（LO）的相位噪聲如何直接“泄漏”到射頻（RF）和中頻（IF）端口，以及如何通過平衡結構來抑製這種泄漏。這種層層遞進、注重細節的寫作方式，極大地培養瞭我的“係統思維”。它讓我意識到，射頻設計中的任何一個看似孤立的模塊，其實都與其他模塊有著韆絲萬縷的聯係，任何一個環節的失誤都可能導緻整個係統性能的雪崩式下滑。這本書提供瞭一個完整的框架，幫助我們建立起這種全局觀。