RTDK 射頻功率放大器(第2版) 9787302425946 清華大學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美Marian K. Kazimierczuk 著

圖書標籤:

• 射頻功率放大器
• RFPA
• 射頻電路
• 功率放大器
• 微波技術
• 通信工程
• 電子工程
• 清華大學齣版社
• RTDK
• 射頻器件

店鋪： 曉月草堂圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302425946

商品編碼：29604210954

包裝：平裝

齣版時間：2016-05-01

基本信息

書名：射頻功率放大器(第2版)

定價：99.00元

作者：(美)Marian K. Kazimierczuk 孫玲 程加力

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2016-05-01

ISBN：9787302425946

字數：

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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射頻功率放大器是各種無綫發射機的關鍵單元電路，在無綫通信、導航、衛星通訊、雷達、電子對抗設備等係統中有著廣泛的應用。無綫通信市場的快速發展一方麵不斷推動著射頻功率放大器嚮高集成度、低功耗及價格低廉的方嚮發展；另一方麵不斷對射頻功率放大器的綫性度、效率及輸齣功率等性能指標提高越來越高的要求。因此，射頻功率放大器已然成為無綫發射機設計中*挑戰的單元之一。《射頻功率放大器（第2版）》在*版的基礎上，經過修訂和部分內容的更新和擴展而成，主要介紹各種用於無綫通信和其他射頻應用領域的射頻功率放大器： 介紹射頻功率放大器設計、效率提高和綫性化技術的基礎知識。 給齣瞭A類、B類、C類、D類、E類、DE類以及F類射頻功率放大器的分析和設計流程，包括阻抗轉換。 探討瞭預失真、前饋和負反饋等多種綫性化技術；討論瞭動態供電、包絡消除和恢復、包絡跟蹤、Doherty放大器和異相等提高效率的方法。 此外，還介紹瞭單片集成電感和射頻LC振蕩器。它可以作為電子工程專業的研究生和高年級本科生的入門教材，也可以作為射頻功率電子領域應用工程師的參考書。

內容提要

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《射頻功率放大器（第2版）》在版的基礎上，經過修訂和部分內容的更新和擴展而成，主要介紹各種用於無綫通信和其他射頻應用領域的射頻功率放大器：ü 介紹射頻功率放大器設計、效率提高和綫性化技術的基礎知識。ü 給齣瞭A類、B類、C類、D類、E類、DE類以及F類射頻功率放大器的分析和設計流程，包括阻抗轉換。ü 探討瞭預失真、前饋和負反饋等多種綫性化技術；討論瞭動態供電、包絡消除和恢復、包絡跟蹤、Doherty放大器和異相等提高效率的方法。ü 此外，還介紹瞭單片集成電感和射頻LC振蕩器。它可以作為電子工程專業的研究生和高年級本科生的入門教材，也可以作為射頻功率電子領域應用工程師的參考書。

目錄

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目錄

譯者序1

前言3

作者簡介5

符號列錶7

縮略語列錶11

章緒論

1.1射頻發射機

1.2便攜式電子産品的電池

1.3射頻功率放大器原理框圖

1.4射頻功率放大器的分類

1.5射頻功率放大器的信號波形

1.6射頻功率放大器的參數

1.6.1射頻功率放大器的漏極效率

1.6.2發射機平均效率的統計特性

1.6.3柵極驅動功率

1.6.4功率附加效率

1.6.5輸齣功率能力

1.7發射機的噪聲

1.8功率放大器效率為100%的條件

1.9功率放大器100%效率時輸齣功率非零的條件

1.10E類ZVS放大器的輸齣功率

1.11E類ZCS放大器

1.12天綫

1.13電磁波的傳播

1.14頻譜

1.15雙工器

1.16多址技術

1.17發射機的非綫性失真

1.18載波信號的諧波

1.19互調失真

1.20AM/AM壓縮和AM/PM轉換

1.21功率放大器的動態範圍

1.22模擬調製

1.22.1幅度調製

1.22.2相位調製

1.22.3頻率調製

1.23數字調製

1.23.1幅移鍵控

1.23.2相移鍵控

1.23.3頻移鍵控

1.24雷達

1.25射頻識彆

1.26本章小結

1.27復習思考題

1.28習題

參考文獻

第2章A類RF功率放大器

2.1引言

2.2功率MOSFET器件的特性

2.2.1MOSFET器件漏極電流的平方律

2.2.2溝道長度調製

2.2.3MOSFET的低中頻小信號模型

2.2.4MOSFET高頻小信號模型

2.2.5單位增益頻率

2.3短溝道效應

2.3.1電場對電荷載流子遷移率的影響

2.3.2歐姆區

2.3.3溝道夾斷區

2.3.4寬禁帶半導體器件

2.4A類射頻功率放大電路

2.5A類射頻放大器中的信號波形

2.5.1假設

2.5.2電流和電壓波形

2.5.3輸齣功率波形

2.5.4晶體管功率損耗波形

2.6A類射頻功率放大器的能量參數

2.6.1A類射頻功率放大器的漏極效率

2.6.2A類射頻功率放大器的統計特性

2.6.3小漏極�蒼醇�電壓非零時的漏極效率

2.6.4A類射頻功率放大器的輸齣功率能力

2.6.5柵極驅動功率

2.7並聯諧振電路

2.7.1並聯諧振電路的品質因數

2.7.2並聯諧振電路的阻抗

2.7.3並聯諧振電路的帶寬

2.8並聯諧振電路的功率損耗和效率

2.9帶有電流鏡的A類射頻功率放大器

2.10阻抗匹配電路

2.11A類射頻綫性放大器

2.11.1用於變包絡信號的放大器

2.11.2用於恒包絡信號的放大器

2.12本章小結

2.13復習思考題

2.14習題

參考文獻

第3章AB類、B類和C類射頻功率放大器

3.1引言

3.2B類射頻功率放大器

3.2.1B類射頻功率放大器的電路

3.2.2B類射頻功率放大器的波形

3.2.3B類射頻功率放大器的功率關係

3.2.4B類射頻功率放大器的漏極效率

3.2.5B類射頻功率放大器漏極效率的統計特徵

3.2.6A類與B類射頻功率放大器的漏極效率比較

3.2.7B類射頻功率放大器的輸齣功率能力

3.3AB類和C類射頻功率放大器

3.3.1AB類和C類射頻功率放大器的波形

3.3.2AB類、B類和C類射頻功率放大器的功率

3.3.3AB類、B類和C類射頻功率放大器的漏極效率

3.3.4AB類、B類和C類射頻功率放大器的輸齣功率能力

3.3.5θ=120°時AB類射頻功率放大器的參數

3.3.6θ=60°時C類射頻功率放大器的參數

3.3.7θ=45°時C類射頻功率放大器的參數

3.4推挽互補式AB類、B類和C類射頻功率放大器

3.4.1推挽式射頻功率放大電路

3.4.2推挽式放大器消除偶次諧波

3.4.3推挽式射頻功率放大器的功率關係

3.4.4器件應力

3.5變壓器耦閤的B類推挽式射頻功率放大器

3.5.1波形

3.5.2功率關係

3.5.3器件應力

3.6變包絡信號的AB類、B類和C類射頻功率放大器

3.7本章小結

3.8復習思考題

3.9習題

參考文獻

第4章D類射頻功率放大器

4.1引言

4.2MOSFET開關

4.3D類射頻功率放大器的電路描述

4.4D類射頻功率放大器的工作原理

4.4.1工作頻率小於諧振頻率

4.4.2工作頻率大於諧振頻率

4.5電壓型D類射頻功率放大器的拓撲結構

4.6分析

4.6.1假設

4.6.2諧振電路的輸入

作者介紹

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文摘

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序言

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射頻功率放大器設計與應用：原理、實踐與前沿探索 一、 引言：無綫通信的基石與挑戰 在信息爆炸的時代，無綫通信技術正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方麵麵。從智能手機的日常通訊，到物聯網設備的廣泛連接，再到5G、6G等下一代通信技術的演進，其核心驅動力之一便是強大的射頻（RF）信號發射能力。而射頻功率放大器（RF Power Amplifier, PA）正是實現這一能力的“心髒”。它們負責將微弱的射頻信號放大到足以遠距離傳輸的功率水平，是構成無綫通信係統必不可少的關鍵組件。 然而，功率放大器的設計與實現並非易事，它們麵臨著諸多嚴峻的挑戰。首先，隨著通信速率的提升和數據量的增加，信號的調製方式日益復雜，常常錶現為非恒定包絡特性，這對功率放大器的綫性度提齣瞭極高的要求。非綫性會引入諧波失真和互調失真，嚴重影響通信質量，甚至導緻鄰道乾擾。其次，追求更高的傳輸效率以降低功耗和發熱，尤其在移動設備和基站等領域，已成為行業的重要發展方嚮。高效率的功率放大器可以顯著延長電池續航時間，減少散熱係統的復雜性和成本。再者，工作頻段的不斷拓寬，從早期的GSM、CDMA到如今的Wi-Fi、藍牙，再到麵嚮未來的毫米波和太赫茲頻段，都對功率放大器的帶寬、增益穩定性以及在高頻下的性能錶現提齣瞭新的考驗。最後，成本、體積和可靠性也是商業化應用中不可忽視的重要因素。 本書旨在係統地梳理射頻功率放大器的設計原理，深入剖析其關鍵技術，並結閤實際應用場景，探討當前以及未來的發展趨勢，為廣大射頻工程師、通信研究者以及相關領域的學生提供一個全麵、深入的學習和參考平颱。我們將從基礎理論齣發，逐步深入到復雜的模型、先進的設計技巧和最新的技術進展，力求全麵覆蓋功率放大器設計的各個環節。 二、 射頻功率放大器基礎理論與模型 要深入理解功率放大器的設計，首先必須掌握其基本工作原理和相關的理論模型。功率放大器本質上是一個非綫性器件，其輸齣功率與輸入功率之間並非簡單的綫性關係。 2.1 關鍵性能指標： 功率增益 (Power Gain): 衡量放大器放大信號能力的指標，定義為輸齣功率與輸入功率之比，通常以分貝（dB）錶示。 效率 (Efficiency): 評價功率放大器將直流供電轉化為射頻輸齣功率的能力，是衡量其能耗的重要指標。主要包括漏極效率（或集電極效率）、功率添加效率（PAE）和能量效率。 綫性度 (Linearity): 指放大器輸齣信號與輸入信號之間的失真程度。關鍵指標包括輸齣功率的1dB壓縮點（P1dB）、三階互調失真截點（IP3）以及ACPR（鄰道功率比）。 輸齣功率 (Output Power): 放大器能夠提供的最大射頻功率，通常關注飽和輸齣功率（Psat）和綫性輸齣功率。 帶寬 (Bandwidth): 放大器能夠有效工作的頻率範圍。 阻抗匹配 (Impedance Matching): 為最大化功率傳輸和最小化反射，需要將放大器的輸入輸齣阻抗與信號源和負載阻抗進行匹配。 2.2 晶體管模型： 功率放大器的核心是使用半導體器件，如雙極晶體管（BJT）、金屬-氧化物-半導體場效應晶體管（MOSFET）或異質結雙極晶體管（HBT）、高電子遷移率晶體管（HEMT）等。理解這些器件的直流和射頻特性至關重要。 直流特性: 描述瞭器件在不同偏置電壓和電流下的穩態行為，包括漏極/集電極電流、跨導等。 小信號模型: 在小信號輸入下，器件可以近似為綫性器件，通過等效電路模型（如混閤-π模型）來描述其增益、噪聲等特性。 大信號模型: 當輸入信號幅度較大時，器件的非綫性效應顯著，需要使用更復雜的非綫性模型來精確描述其行為，例如基於泰勒級數展開、Volterra級數展開或基於物理的器件模型。這些模型能夠捕捉諧波失真、互調失真以及包絡跟蹤效應等。 2.3 功率放大器分類： 根據其工作方式（即輸入信號與器件導通角的關係），功率放大器可以分為以下幾種主要類​​型，每種類型在效率和綫性度之間有著不同的權衡： A類放大器: 導通角為360度，綫性度最好，但效率最低，一般用於對綫性度要求極高但功率要求不高的場閤，如驅動級。 B類放大器: 導通角為180度，效率比A類高，但存在交越失真。 AB類放大器: 導通角介於180度和360度之間，是A類和B類之間的摺衷，在許多應用中得到廣泛應用。 C類放大器: 導通角小於180度，效率最高，但綫性度最差，常用於恒定包絡信號的放大，如FM發射機。 D類、E類、F類等開關模式放大器: 利用器件的開關特性工作，理論效率可以接近100%。這些放大器通過巧妙的電路設計，將輸入信號轉化為方波，然後利用濾波器恢復齣放大後的正弦波，非常適閤高效率的需求，但也對輸齣濾波和信號整形提齣瞭較高要求。 三、 射頻功率放大器的設計方法與電路拓撲 理解瞭基礎理論後，我們便可以開始探討具體的功率放大器設計方法和常用的電路拓撲。 3.1 偏置設計 (Biasing): 正確的偏置是功率放大器工作的基石。不同的偏置點會直接影響器件的工作狀態、效率和綫性度。 固定偏置: 通過固定電壓源或電阻網絡提供偏置。 自偏置: 利用器件自身的漏極/集電極電流在源極/發射極電阻上産生的電壓降來實現偏置，簡化瞭電路。 動態偏置: 根據輸入信號的幅度實時調整偏置點，以在效率和綫性度之間取得更好的平衡，例如包絡跟蹤（ET）和包絡再生（ER）。 3.2 阻抗匹配網絡設計 (Impedance Matching Network Design): 為瞭實現最佳的功率傳輸和穩定性，放大器的輸入和輸齣端口需要與信號源和負載進行阻抗匹配。 史密斯圓圖 (Smith Chart): 最常用的阻抗匹配設計工具，通過圖形化的方式直觀地展示阻抗點，並幫助設計齣匹配網絡。 匹配網絡元件: 常用的匹配網絡元件包括電感（L）、電容（C）和傳輸綫。 Lumped-element Matching: 使用集總參數的L、C元件構成匹配網絡，適用於較低頻率。 Distributed-element Matching: 使用傳輸綫段作為匹配元件，適用於較高頻率，具有更好的高頻性能和更低的損耗。 寬帶匹配: 針對多頻段或寬帶應用，需要設計能夠在較寬頻率範圍內保持良好匹配的匹配網絡，這通常更為復雜。 3.3 綫性化技術 (Linearization Techniques): 為瞭應對復雜調製信號的非綫性問題，各種綫性化技術被廣泛應用於功率放大器設計。 預失真 (Pre-distortion): 在輸入信號被放大器非綫性失真之前，對其進行相反的失真處理，從而抵消放大器的非綫性效應。 後失真 (Post-distortion): 在放大器輸齣端添加一個失真補償電路。 反饋技術 (Feedback): 將放大器的輸齣信號的一部分反饋到輸入端，以降低失真和噪聲，提高穩定性。 包絡跟蹤 (Envelope Tracking, ET): 實時監測輸入信號的包絡，並動態調整功率放大器的供電電壓，使其始終工作在其高效率區域，從而提高效率並改善綫性度。 包絡再生 (Envelope Restored, ER): 另一種提高效率的動態偏置技術。 3.4 常用電路拓撲: 單端放大器 (Single-ended Amplifier): 最基本的放大器結構。 推挽放大器 (Push-Pull Amplifier): 利用兩個器件互補工作，可以消除偶次諧波，提高輸齣功率和效率。 平衡放大器 (Balanced Amplifier): 利用兩個相同的放大器和90度混閤器（或3dB耦閤器），實現輸入輸齣阻抗匹配，並提高寬帶性能和迴波損耗。 Doherty 放大器: 一種高效率的寬帶功率放大器，通過一個主功率放大器和一個輔助功率放大器協同工作，在不同信號包絡下切換，實現高效率和良好的綫性度。 Cartesian 反饋放大器: 利用輸入信號的幅度信息來控製放大器的偏置，實現綫性度提升。 Cartesian 預失真放大器: 同樣利用輸入信號的幅度信息，在輸入端進行預失真。 四、 功率放大器的建模、仿真與版圖設計 實際的功率放大器設計是一個迭代的過程，需要精確的模型、強大的仿真工具和細緻的版圖設計。 4.1 器件模型: PSpice, ADS, Cadence等仿真軟件: 提供瞭豐富的器件模型庫，包括SPICE模型、IBIS模型等，用於對器件在大信號和小信號下的行為進行精確仿真。 S參數模型: 用於描述綫性器件在小信號下的行為，常用於初步評估增益、阻抗和穩定性。 非綫性模型: 如Abramovitz模型、Curtice-Ettenberg模型、Mueller模型等，用於模擬功率放大器的非綫性特性。 基於物理的模型: 更為復雜的模型，能夠從器件的物理結構和材料特性齣發，進行更精確的仿真。 4.2 仿真工具與流程: 小信號仿真: 評估放大器的增益、帶寬、噪聲和穩定性。 大信號仿真: 評估放大器的輸齣功率、效率、P1dB、IP3、ACPR等非綫性指標。 瞬態仿真: 模擬放大器在特定輸入信號下的動態響應。 電磁場仿真 (EM Simulation): 用於分析高頻電路中的寄生效應、互耦以及天綫等無源元件的性能。 版圖後仿真 (Post-layout Simulation): 在完成電路版圖設計後，提取寄生參數，並進行仿真驗證，以確保實際性能與仿真結果一緻。 4.3 版圖設計注意事項: 寄生效應: 在高頻下，導綫、過孔、焊盤等都會産生寄生電感和電容，必須在版圖設計中加以考慮。 對稱性: 對於平衡放大器等結構，保持電路的對稱性至關重要。 熱管理: 功率放大器工作時會産生大量熱量，必須設計閤理的散熱結構，例如使用散熱片、增加金屬層導熱等，以保證器件的可靠性和性能。 去耦和濾波: 需要添加足夠的去耦電容來抑製電源噪聲，並設計適當的濾波電路來抑製不需要的諧波和雜散信號。 地連接: 良好的地連接對於保證高頻信號的完整性至關重要。 五、 功率放大器的應用領域與前沿技術 射頻功率放大器是現代無綫通信係統的核心，其應用遍及各個領域。 5.1 主要應用領域: 蜂窩通信: 智能手機、基站中的功率放大器，負責信號的發射。 無綫局域網 (WLAN): Wi-Fi路由器、終端設備中的功率放大器。 衛星通信: 衛星通信終端和地麵站中的功率放大器。 雷達係統: 各種軍用和民用雷達中的功率放大器。 廣播電視: FM/AM廣播發射機中的功率放大器。 物聯網 (IoT): 各種低功耗、長距離通信模塊中的功率放大器。 5.2 前沿技術與發展趨勢: GaN/GaAs等寬禁帶半導體材料: 氮化鎵（GaN）和砷化鎵（GaAs）等材料因其高擊穿電壓、高電子遷移率和優異的熱穩定性，已成為下一代功率放大器的理想選擇，尤其是在高頻、高功率應用中。 先進的綫性化技術: 隨著5G、6G通信標準的不斷演進，對功率放大器的綫性度和效率提齣瞭更嚴苛的要求，ET、ER、Cartesian反饋、數字預失真（DPD）等技術將得到更廣泛的應用和發展。 軟件定義功率放大器 (SDPA): 通過軟件配置和調整，實現功率放大器功能的靈活性和可重構性，以適應不同的通信標準和工作模式。 集成化與小型化: 將功率放大器與其他RF前端器件（如濾波器、開關）集成到單個芯片上，以減小尺寸、降低功耗和成本。 麵嚮太赫茲（THz）頻率的應用: 隨著THz通信和成像技術的發展，超高頻功率放大器的設計將成為新的研究熱點。 人工智能（AI）在PA設計中的應用: 利用AI和機器學習優化PA的偏置、綫性化以及預測性維護。 六、 總結 射頻功率放大器作為無綫通信係統的關鍵環節，其設計與優化是實現高效、可靠通信的基石。從基礎的器件特性理解，到復雜的電路拓撲選擇，再到先進的綫性化和效率提升技術，每一個環節都充滿瞭挑戰與機遇。本書力求為讀者提供一個係統、深入的學習框架，幫助您理解功率放大器的設計原理，掌握常用的設計工具和方法，並洞察行業的前沿發展趨勢。通過理論與實踐相結閤，希望本書能夠激發您在射頻功率放大器領域的創新與探索，為推動無綫通信技術的進步貢獻力量。

評分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞這本書的排版和設計風格。它沒有采用過於花哨的裝飾，而是以清晰、有序的方式呈現內容，這對於一本技術類書籍來說至關重要。字體大小適中，段落劃分閤理，閱讀起來不會感到疲勞。雖然我還沒有深入研究它的具體內容，但僅僅是翻閱目錄和一些章節的標題，就讓我感受到瞭編者在組織知識結構上的用心。我相信，一本好的技術書籍，不僅要傳達知識，更要讓讀者能夠輕鬆地獲取和理解這些知識。這本書的整體設計，讓我覺得它具備瞭這樣的潛力。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，簡潔大方，很有學術氣息。封麵上“清華大學齣版社”的字樣也給人一種專業和權威的感覺。拿到書的時候，紙張的觸感和印刷的質量都很不錯，拿在手裏沉甸甸的，感覺內容應該很紮實。我一直對射頻功率放大器這個領域很感興趣，尤其是在通信技術飛速發展的今天，它扮演著至關重要的角色。這本書的標題也正是我目前學習的重點，所以看到它的時候，我毫不猶豫地就入手瞭。我希望這本書能夠像一個引路人一樣，帶領我深入瞭解射頻功率放大器的設計、原理以及在實際應用中的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀質量給我留下瞭深刻的印象。它采用瞭比較堅固的封麵和綫裝工藝，感覺非常耐用，可以作為長期的參考資料。我喜歡這種厚實、有分量的書，它讓我覺得裏麵承載的內容是經過認真打磨的。雖然我還沒有來得及詳細閱讀，但我可以想象到，在學習射頻功率放大器的過程中，它會成為我桌上一本得力的助手。我期待它能解決我在實際項目開發中遇到的難題，並為我提供一些創新的思路和解決方案。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的外觀和齣版信息來看，它似乎是一本非常權威的技術著作。清華大學齣版社的名字本身就代錶著一定的水準，而“第2版”的齣現，則錶明作者對內容的持續關注和更新。我目前正在尋找能夠幫助我深入理解射頻功率放大器工作原理和設計方法的書籍，這本書的標題正好符閤我的需求。我希望它能夠提供紮實的理論基礎，同時也能兼顧實際工程中的應用和挑戰，例如關於功率效率、綫性度、穩定性和可靠性等關鍵問題，能夠有詳細的闡述和分析。

評分☆☆☆☆☆

這本書的外觀給我的第一印象是，它似乎是一本非常嚴謹的技術手冊。封麵上的書名和作者信息都清晰醒目，尤其是“第2版”的字樣，通常意味著內容已經經過瞭更新和完善，更能反映當前的技術發展水平。我注意到這本書的齣版社是清華大學齣版社，這讓我對它的學術深度和專業性有瞭很高的期待。我一直認為，優秀的理工科書籍應該既有理論深度，又能結閤實際工程應用。我希望這本書能夠提供關於射頻功率放大器在不同場景下的應用案例，例如在手機基站、雷達係統或者衛星通信等領域，能夠幫助我更好地理解這些復雜技術背後的實際操作和考量。