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出版者:Cambridge University Press

作者:Jon B. Hagen

出品人:

页数:372

译者:

出版时间:1996-11-13

价格:USD 75.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521553568

丛书系列:

图书标签:

• 射频电路
• 射频电子学
• 微波工程
• 电路设计
• 电子工程
• 无线通信
• 高频电路
• 模拟电路
• 天线
• 滤波器

射频工程与微波技术：理论、设计与实践 一本全面深入的指南，探索现代通信、雷达与电子系统中不可或缺的射频与微波领域 内容简介： 本书旨在为电子工程、通信工程、物理学及相关领域的研究人员、工程师和高级学生提供一个关于射频（RF）和微波电子学原理、设计方法与实际应用的权威性参考。我们专注于构建一个坚实的基础，从最基本的电磁场理论出发，逐步过渡到复杂的系统级设计，涵盖了从器件特性到系统集成的各个关键环节。 本书的结构设计旨在实现理论深度与工程实用性的完美结合。我们将首先回顾和深化理解电磁波在传输线上的行为，这是所有高频电路分析的基石。随后，我们将深入探讨无源器件（如滤波器、耦合器、功分器）和有源器件（如晶体管、放大器、振荡器）的设计与实现。最后，我们将把这些基本模块集成到实际的通信系统、雷达系统和测量技术中，探讨现代射频系统所面临的挑战和解决方案。 --- 第一部分：高频电路的电磁学基础与传输线理论 第一章：电磁场理论回顾与射频环境 本章首先回顾麦克斯韦方程组在不同介质中的形式，重点分析时变场与坡印廷矢量（Poynting Vector）在能量传输中的作用。我们将详细讨论集总电路模型在何处失效，以及为什么必须采用分布式参数模型来描述射频信号的传播。讨论了集肤效应（Skin Effect）和临近效应（Proximity Effect）对导体损耗的影响，并引入了电磁兼容性（EMC）和电磁干扰（EMI）的初步概念，强调高频设计必须将辐射和抗扰度纳入考虑。 第二章：传输线理论的精髓 这是全书的核心基础。本章详细解析了传输线的等效电路模型，并引入了特征阻抗、传播常数和反射系数的概念。我们将深入探讨史密斯圆图（Smith Chart）的应用，不仅展示如何进行阻抗匹配，还将阐述其在分析复杂无源网络（如级联网络）时的强大功能。传输线损耗（介质损耗和导体损耗）的精确计算方法被详细阐述，并引入了时域反射测量（TDR）作为诊断传输线缺陷的有力工具。同时，对平衡线、屏蔽线和微带线、带状线等常用结构进行了详细的几何与电磁特性分析。 第三章：S参数：高频网络的通用语言 本章致力于S参数（散射参数）的系统介绍。我们将解释S参数如何取代传统的Z、Y、H参数，成为描述高频网络特性的标准方法，特别是在接入端口阻抗不确定的情况下。本章详细介绍了S参数的测量方法、实际意义（如回波损耗、插入损耗），并演示了如何利用S参数矩阵进行网络级联和阻抗变换的计算。此外，还讨论了噪声系数（Noise Figure, NF）与S参数的关系，为后续的有源器件分析奠定基础。 --- 第二部分：无源射频电路设计 第四章：阻抗匹配网络的设计 匹配是射频电路性能优化的关键。本章系统地介绍了L型、T型和π型匹配网络的理论推导，并讲解了如何在史密斯圆图上实现最大功率传输匹配和最小反射匹配。随后，我们探讨了宽带匹配的挑战，引入了诸如巴特沃斯（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）响应等多元件匹配网络的设计方法，并讨论了使用集总元件和分布式元件实现匹配的权衡。 第五章：射频与微波滤波器 滤波器在信道选择和噪声抑制中至关重要。本章从理论上构建了滤波器的原型，详细介绍了低通、高通、带通和带阻滤波器的设计参数提取。我们深入分析了Butterworth、Chebyshev、椭圆（Elliptic）和贝塞尔（Bessel）响应的特性，并解释了它们在不同应用场景下的适用性。本章的重点是综合技术，包括基于反应综合（Insertion Loss Method）和使用特定的传输线结构（如集总元件模型、耦合线结构）实现分布式滤波器的设计流程。 第六章：功分器、耦合器与负载 本章探讨了如何有效地分配和耦合射频功率。详细分析了分支线（Branch-line）耦合器、四分之一波长（Lange）耦合器和混合（Hybrid）耦合器的原理和设计公式，特别是3dB 90°混合耦合器在平衡放大器和隔离器中的应用。对于功率分配器/合成器，我们分析了 Wilkinson 分配器的隔离原理及其在多通道系统中的重要性，并讨论了如何处理不平衡负载情况下的功率损耗。 --- 第三部分：有源射频电路与器件 第七章：射频晶体管的特性与建模 本章聚焦于射频应用中最常用的晶体管（如GaAs MESFET, pHEMT, HBT和SiGe HBT）。我们超越了直流分析，重点研究了其高频参数：$f_T$（过渡频率）和 $f_{max}$（最大振荡频率）。详细讨论了晶体管的等效电路模型，包括寄生元件的提取和对S参数的影响。本章强调了如何根据特定工作点（偏置点）选择合适的晶体管模型用于仿真和设计。 第八章：低噪声放大器（LNA）与功率放大器（PA）设计 低噪声放大器（LNA）： 重点在于实现最佳的噪声性能。本章讲解了噪声匹配与增益匹配之间的权衡，推导了最小噪声系数匹配条件，并给出了使用Smith Chart实现噪声匹配的实用步骤。 功率放大器（PA）： 关注效率和线性度。本章详细分析了甲类、甲乙类、丙类和D类放大器的基本工作原理和效率限制。重点介绍在高功率应用中如何使用负载牵引（Load-Pull）技术来优化晶体管在非特定阻抗下的输出功率和效率，并探讨了在高效率PA设计中线性化技术（如预失真）的应用。 第九章：振荡器、混频器与频率合成 振荡器： 本章涵盖了LC振荡器（Clapp, Colpitts）和晶体振荡器的设计原理。重点分析了振荡的起振条件（Barkhausen准则）和相位噪声的产生机理，以及提高相位噪声性能的方法（如使用高Q谐振器）。 混频器： 详细讨论了无源混频器（如肖特基二极管混频器）和有源混频器（基于MOSFET或BJT）的原理。分析了上变频和下变频过程中的插入损耗、本振泄漏和隔离度。 频率合成： 简要介绍了锁相环（PLL）作为现代频率合成核心的技术，包括压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）和环路滤波器在抖动和杂散抑制中的作用。 --- 第四部分：系统集成与高级主题 第十章：射频系统级联分析 本章将前述的器件知识提升到系统层面。系统地推导了多级放大器链的级联增益、总噪声系数（Friis公式的严格应用）和动态范围的计算。重点分析了链中各级对整体系统性能的贡献，例如LNA的噪声系数对接收机灵敏度的决定性影响。 第十一章：微波工程中的电磁兼容性与辐射安全 本章聚焦于将电路集成到实际封装（Package）中的挑战。讨论了封装引线电感、过孔效应和PCB层间耦合对电路性能的影响。引入了电磁兼容性（EMC）设计原则，包括电源完整性（PI）和信号完整性（SI）在射频电路中的特殊考量。同时，探讨了天线设计基础对整个射频链路的最终影响。 第十二章：测量与测试技术 本章是连接理论与实际工作的桥梁。详细介绍了矢量网络分析仪（VNA）的工作原理、校准技术（SOLT、OSL等）以及如何利用VNA准确测量S参数、插入损耗和相位特性。此外，还涵盖了频谱分析仪在测量相位噪声、杂散和邻道功率（ACPR）中的应用，以及噪声系数测试仪的使用方法。 --- 本书的编写风格力求严谨，并辅以大量的工程实例和数学推导，以确保读者不仅理解“如何做”，更能理解“为什么这样做”。它旨在培养工程师和研究人员一种基于物理事实和电磁原理的射频设计思维模式。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调配上跳跃的橙色线条，立刻抓住了我的眼球。我是在一家老旧的书店里偶然发现它的，当时它静静地躺在“专业技术”那一区的角落，但我几乎是立刻就被它散发出的那种专业而又神秘的气息所吸引。翻开扉页，那精细的排版和清晰的字体让人赏心悦目，一看就知道是花了心思去打磨的作品。内容上，它似乎非常注重理论与实践的结合，从一些基础的物理定律讲起，逐步深入到更复杂的电路设计原理，仿佛在引导读者进行一场从宏观到微观的探险。我特别欣赏作者对于复杂概念的解释方式，他们没有采取那种枯燥的公式堆砌，而是巧妙地穿插了一些历史背景和实际应用案例，这让原本可能晦涩难懂的部分变得生动起来，阅读过程充满了发现的乐趣，让人感觉自己不仅仅是在学习知识，更是在追溯一项伟大科技的起源和发展脉络。这本书给人的整体感觉是严谨、大气，充满了对科学探索的敬畏之心。

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说实话，刚拿到这本书时，我有点被它的厚度吓到了，它沉甸甸的，感觉像一块砖头。我原本以为会是一本读起来让人昏昏欲睡的教科书，但出乎意料的是，它的行文风格非常引人入胜，简直就像一位经验丰富、风趣幽默的导师在耳边细细讲解。作者似乎非常理解初学者的困惑点，他们总能在最关键的地方用最直白的比喻来阐释那些抽象的电磁场理论。例如，在讲解波导管的模式转换时，书中引用了一个关于水流汇聚和分散的生动例子，一下子就让我茅塞顿开。更让我惊喜的是，书中附带了大量的精美插图和图表，这些图表不仅仅是装饰，它们是理解复杂系统工作原理的钥匙。每一个图例都绘制得极其精准，色彩搭配得当，让人一眼就能抓住重点。这本书的价值在于，它不仅仅是知识的载体，更像是一本“如何思考”的指南，它教会我用一种全新的、更具系统性的视角去审视周围的技术世界。

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这本书的装帧质量简直无可挑剔，硬壳精装，即便是经常翻阅，书脊依然保持得很好，边角也丝毫没有起毛的迹象。这对于像我这样有轻微“藏书癖”的人来说，简直是福音。内容方面，我最欣赏的是它在处理前沿技术时的那种前瞻性。很多其他同类书籍往往会停留在已有的成熟技术上，但这本书却勇敢地探讨了许多尚未完全商业化但潜力巨大的新兴领域。比如，它对超材料天线设计中遇到的非线性效应进行了深入的剖析，并且给出了几种非常新颖的建模思路。这种敢于触碰“硬骨头”的学术勇气，让这本书的价值立刻提升了一个档次。阅读过程中，我发现自己需要经常查阅一些高等数学的参考资料，但这并非缺点，反而证明了作者没有为了降低门槛而牺牲内容的深度。它是一本真正面向未来、志在培养顶尖人才的专业著作，读完之后，我感觉自己的知识结构得到了极大的拓宽和强化。

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我必须承认，这本书的难度是相当高的，它绝不是那种可以轻松在咖啡馆里消磨时光的读物。它更像是为那些已经有一定基础，渴望达到精通境界的专业人士准备的“武功秘籍”。它的语言风格非常凝练，每一个句子都信息量巨大，需要反复咀嚼才能完全理解其背后的深层含义。书中对特定器件的物理极限和热力学约束的讨论，达到了近乎哲学的深度，探讨了我们能把某些技术推到何种地步。我最喜欢的部分是对不同频率范围内信号传输特性的对比分析，作者巧妙地将不同物理尺度下的现象统一在一个理论框架下进行比较，这种宏观的整合能力非常震撼。这本书的目录结构设计得极其精妙，知识点的逻辑链条清晰可见，让你在迷失于细节时总能找到回到主干道的路径。它不是一本让你“知道”的工具书，而是一本让你“理解并超越”的殿堂级著作。

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这本书的排版简直是教科书级别的典范，字体选择和行间距的控制达到了令人称赞的平衡，即使是长时间阅读那些密集的公式和推导过程，眼睛也不会感到明显的疲劳。我尤其想提一下的是它在案例分析部分的处理。作者并没有简单地罗列几个成功的项目，而是将失败的尝试和遇到的技术瓶颈也毫不保留地呈现在读者面前。这种坦诚的态度非常鼓舞人，它让我们看到科学进步并非一帆风顺，而是充满了试错和修正的过程。书中对特定设计参数对系统性能影响的“敏感度分析”部分，做得尤为出色，用表格和曲线图直观地展示了微小变化如何引发巨大后果，这对于实际工程设计至关重要。读完这一章，我立即回头审视了我手中正在进行的一个小型项目，发现了一些之前忽略的潜在风险点。可以说，这本书不仅仅是知识的传递者，更像是一位严苛的、却又充满智慧的工程顾问，时刻提醒你保持警惕和严谨。

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