具体描述
本书详细介绍了使用Protel DXP进行电路原理图和PCB设计的若干实用技术，并介绍了原理仿真和信号完整性分析等方面的内容，重在软件的应用而非软件本身的使用。在介绍上述内容时，穿插了作者多年进行电路设计的经验和技巧。本书在最后一章以面向目标的问答方式，帮助读者解决在使用Protel DXP进行电路设计的过程中最常遇到的问题。
《高频电路设计与实践：从理论到系统实现》 书籍主题： 本书聚焦于现代通信、雷达以及射频识别（RFID）系统中至关重要的高频电路设计，涵盖了从基础理论建立到复杂系统集成的全流程实践。 目标读者： 本书面向电子工程、通信工程、微电子学等相关专业的本科生、研究生，以及在一线从事射频（RF）与微波电路设计、系统集成、器件选型与性能优化的工程师和技术人员。对电路理论有基本了解，希望深入掌握高频特性的工程师将从中受益匪浅。 --- 第一部分：高频基础与传输线理论（Fundamentals and Transmission Line Theory） 本部分奠定理解高频现象的理论基础，强调传统低频电路分析方法在高频下的局限性。 第一章：高频效应与电路模型重塑 电磁兼容性（EMC）基础概述： 简述高频信号的传播特性如何影响电路的可靠性与性能。 集总元件与分布元件的界限： 详细分析何种频率下元件的寄生参数（如电感、电容）开始显著影响电路行为。 史密斯圆图的深入应用： 不仅是阻抗匹配的工具，更深入探讨其在分析有源器件稳定性和带宽限制中的作用。介绍其在非标准阻抗环境下的应用技巧。 第二章：传输线理论的工程化应用 特性阻抗的精确计算与控制： 针对微带线、带状线、共面波导等多种典型传输线结构，介绍其特征阻抗的精确电磁场求解方法，并讨论制造公差对阻抗匹配的影响。 反射、驻波与回波损耗： 深度解析电压驻波比（VSWR）的物理意义，以及回波损耗（Return Loss）与网络分析仪测量的工程关联。 非理想传输线的影响： 探讨传输线长度、介质损耗（Tan $delta$）和导体集肤效应（Skin Effect）对信号完整性的衰减和时延的影响。 第三章：S参数：高频电路的通用语言 S参数的物理意义与推导： 系统性介绍二端口、多端口网络S参数的定义、测量方法及其在不同工作状态（如匹配、不匹配）下的解读。 从S参数到Y、Z、H参数的转换： 提供工程上常用的转换矩阵和计算方法，并分析在特定设计场景（如噪声分析）下使用不同参数集的优劣。 稳定性分析： 利用K因子和B1因子，结合输入反射系数（$Gamma_{in}$），详细阐述有源器件（如晶体管）的单端口和双端口稳定性判据。 --- 第二部分：无源射频电路设计（Passive RF Circuit Design） 本部分侧重于滤波器、耦合器和匹配网络等核心无源电路的设计与优化。 第四章：射频滤波器设计原理与实现 原型滤波器综合： 详细讲解巴特沃斯（Butterworth）、切比雪夫（Chebyshev）和椭圆（Elliptic）滤波器的理论基础、阶数选择标准和元件值查找表。 频率选择性网络的物理实现： 讨论集总元件滤波器（LC）在高频下的寄生效应处理，以及分布式元件滤波器（如腔体滤波器、集总式LC分布式网络）的设计方法。 耦合与交叉耦合技术： 介绍局部耦合（L-C Coupling）和交叉耦合（Cross-Coupling）在构建高阶、高Q值滤波器中的应用，特别是用于实现群延迟线性化（近似皮萨效平坦化）。 第五章：功率分配与组合网络 阻抗匹配网络设计： 涵盖L型、Pi型、T型匹配网络在史密斯圆图上的实现步骤，并引入电路仿真工具（如Keysight ADS/Cadence SpectreRF）辅助优化，实现宽带匹配。 无源耦合器与定向耦合器： 深入分析90度混合耦合器（Hybrid Coupler，如Branch-line和Rat-race）和3dB定向耦合器（如Lange Coupler）的原理、设计公式及其在平衡放大器和隔离器中的应用。 功率分路器/合路器（Power Dividers/Combiners）： 讨论等效电路模型、实现技术（如电阻分路、基于耦合线的设计）及其在多载波功率放大器前端的应用。 --- 第三部分：有源射频电路：放大器与振荡器（Active RF Circuits: Amplifiers and Oscillators） 本部分深入探讨高频放大器和振荡器的核心设计挑战，重点关注噪声、线性度和相位噪声控制。 第六章：低噪声放大器（LNA）设计 噪声理论与噪声因子（NF）： 详细阐述等效输入噪声电压/电流、散粒噪声和热噪声，以及Friis噪声公式在多级放大器中的应用。 最佳噪声匹配与最佳增益匹配： 解释如何利用晶体管的噪声圆图，在给定工作点下同时优化噪声系数和增益。 LNA的结构选择与实现： 比较共源、共基、共射、共射极（Cascode）结构在高频下的优缺点，并讨论反馈技术在稳定性和带宽扩展中的作用。 第七章：功率放大器（PA）设计与线性化 高效率工作模式： 深入分析甲类、乙类、AB类、C类、D类及F类等工作模式的效率与失真特性，重点介绍用于通信系统的高效率模式（如D类和F类）。 非线性失真分析与指标： 掌握三阶截点（IP3）、饱和功率（Psat）和包络跟踪（Envelope Tracking）技术在现代通信系统（如5G/6G）中的应用。 源极/漏极匹配与热管理： 讨论功率管的偏置电路设计、热阻的计算，以及如何通过优化输入/输出匹配来最大化输出功率和效率。 第八章：混频器与频率合成 混频器的原理与拓扑： 介绍上变频和下变频混频器的基本原理，重点分析有源混频器（如倍频器、单平衡、双平衡混频器）的转换损耗、本振泄漏和寄生抑制。 本地振荡器（LO）设计： 讨论LC振荡器（Colpitts, Hartley）和压控振荡器（VCO）的设计关键参数——相位噪声（Phase Noise）的理论分析与优化。 频率合成技术： 详细介绍锁相环（PLL）的工作原理、关键组件（鉴相器、电荷泵、环路滤波器）的设计，以及如何通过环路带宽控制实现相位噪声的抑制和快速锁定。 --- 第四部分：系统集成与测量验证（System Integration and Measurement Validation） 本部分将理论和设计转化为实际可测量的系统，关注设计流程中的关键工程环节。 第九章：电磁仿真与电磁兼容（EMC） 高级电磁（EM）仿真工具使用： 介绍HFSS、CST等全波电磁仿真软件在分析复杂结构（如封装效应、天线耦合）时的建模技巧。 片上无源器件的寄生建模： 探讨如何根据制造工艺角（Process Corner）建立精确的电感、电容的寄生模型，并进行S参数提取。 电磁兼容性考量： 结合高频布局设计，讲解地平面设计规则、去耦电容的布局优化，以及串扰（Crosstalk）的分析与抑制。 第十章：射频系统指标与测试验证 系统级链路预算分析： 教授如何进行完整的接收机和发射机链路预算计算，包括噪声系数、非线性裕度、灵敏度（Sensitivity）和阻塞（Blocking）性能的预测。 关键射频测试方法： 详细介绍矢量网络分析仪（VNA）的校准（SOLT、TOSM）、功率放大器的ACPR/EVM测量，以及相噪测试的实际操作规范。 高速数字/模拟混合信号的隔离： 讨论在同一PCB上混合RF电路与高速数字电路时，如何通过分割、屏蔽和严格的电源滤波来最小化相互干扰。 --- 本书特色： 本书强调“设计导向”，所有理论推导都紧密结合具体的工程应用场景和实际设计参数。每一章均配有详尽的仿真实例和测量对比分析，使读者能够将书本知识直接转化为可制造、可测试的射频模块。本书内容覆盖了从GHz到数十GHz的应用范围，为读者提供构建下一代无线通信系统的坚实技术栈。
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