Designer's Guide To High-purity Oscillators. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Hegazi, Emad Eldin

出品人:

页数:204

译者:

出版时间:

价格:1150.00 元

装帧:HRD

isbn号码:9781402076664

丛书系列:

图书标签:

• Oscillators
• High-purity oscillators
• RF design
• Analog circuit design
• Phase noise
• Frequency synthesis
• Electronic design
• Signal generation
• Low-noise design
• Oscillator design

高性能射频与微波电路设计指南 聚焦下一代通信、雷达与电子战系统的核心挑战 本书是一部面向射频（RF）与微波领域资深工程师、研究人员和高级电子工程专业学生的深度技术手册。它全面、深入地探讨了从器件选择到系统集成的复杂环节，旨在提供一套严谨的、可操作的设计框架，以应对当前及未来高频电路所面临的严峻性能要求。 第一部分：基础理论与前沿材料科学 本部分奠定理解现代高频电路性能极限的理论基石，并引入对系统性能起决定性作用的先进材料科学进展。 第一章：微波工程基础回顾与深化 本章首先对传输线理论、史密斯圆图分析、S参数的物理意义及其在多端口网络中的应用进行回顾和深入分析。重点讨论了高 $Q$ 值（品质因数）的理论模型，以及在宽带应用中，如何精确量化损耗（特别是介质损耗和导体损耗）对信号完整性的影响。引入了超越传统欧姆定律的非线性效应分析框架，为后续的功率放大器设计打下基础。深入探讨了在极高频率（如 $W$ 波段及以上）下，电磁场耦合、趋肤效应的精确建模方法，并介绍了有限元法（FEM）和时域有限差分法（FDTD）在精确预测高频效应中的应用。 第二章：先进封装与低损耗基板技术 现代高性能电路的瓶颈往往不在于有源器件本身，而在于其互连与基板。本章详细考察了当前主流与新兴的低损耗射频/微波基板材料，包括改性聚四氟乙烯（PTFE）复合材料、低损耗液晶聚合物（LCP）以及陶瓷基板（如 $ ext{AlN}$ 和 $ ext{Al}_2 ext{O}_3$）的介电常数 ($varepsilon_r$) 稳定性、损耗角正切 ($ an delta$) 随频率和温度的变化特性。重点分析了先进的电路板制造工艺对线宽精度、层间垂直互连（如 $ ext{TSV}$，垂直导通孔）寄生电感和电容的影响。此外，本书还详细阐述了芯片级封装（如 $ ext{RDL}$，重布线层）和系统级封装（$ ext{SiP}$）中的热管理策略，包括热阻量化和散热路径优化，这是确保高功率密度器件可靠工作的基础。 第三章：噪声理论在系统级设计中的应用 超越传统的噪声系数（$ ext{NF}$）概念，本章深入研究了高灵敏度接收机中的多级放大链的噪声匹配问题。详细解析了等效噪声电阻 ($R_n$) 和跨导 ($g_m$) 对器件本征噪声的影响，并引入了 $p$-$i$-$n$ 二极管和雪崩噪声源作为校准和测试参考。讨论了如何利用低温工作环境（如 $ ext{HEMT}$ 放大器在液氮温度下的表现）来极大地改善噪声性能，这对于深空通信和射电天文学应用至关重要。 第二部分：核心器件的性能优化与建模 本部分聚焦于构建高性能射频/微波系统的关键无源与有源器件的设计细节、非理想效应的补偿，以及精确的仿真建模。 第四章：高 $Q$ 值无源器件的设计与实现 探讨了电感器和电容器在微波频率下的寄生效应建模。对于片上电感器，分析了电感耦合、衬底损耗以及自谐振频率（$ ext{SRF}$）的精确预测。对于电容器，重点讨论了叠层陶瓷电容器（$ ext{MLCC}$）在 $ ext{GHz}$ 范围内的等效串联电感（$ ext{ESL}$）和等效串联电阻（$ ext{ESR}$）如何影响滤波和旁路性能。详细介绍了腔体谐振器、同轴谐振器以及微带线谐振器的几何结构优化，以最大化 $Q$ 值，并讨论了温度漂移的补偿技术，例如采用具有负温度系数的电介质材料。 第五章：功率放大器（$ ext{PA}$）的设计与线性化技术 本章是射频系统设计中的核心难点。系统阐述了基于泛函的功率放大器设计流程，从选择合适的晶体管（$ ext{GaN}$、$ ext{GaAs}$ $ ext{pHEMT}$ 等）开始，到偏置点的选择以平衡效率与线性度。详细分析了包络跟踪（$ ext{ET}$）和包络消除（$ ext{ES}$）等先进电源调控技术，以及它们对瞬态响应和带外泄露（$ ext{OOB}$）的缓解作用。深入探讨了数字预失真（$ ext{DPD}$）技术，包括基于模型的、基于记忆多项式的以及基于现代机器学习算法的实时线性化方法，重点在于如何处理放大器的记忆效应。 第六章：低噪声放大器（$ ext{LNA}$）的宽带匹配与稳定性 低噪声放大器的设计目标在于同时实现最小噪声系数和最大增益，同时保持良好的输入/输出匹配和稳定性。本章介绍了 $ ext{K}$ 因子法在分析 $ ext{LNA}$ 稳定性方面的应用，并详细阐述了如何使用非对称反馈网络来拓宽 $1 ext{dB}$ 压缩点 ($ ext{P1dB}$) 的带宽，同时保持噪声系数在目标范围内。对雪崩晶体管 $ ext{LNA}$ 和量子点 $ ext{LNA}$ 等前沿技术进行了概述，分析了它们在极低功耗或极高频率下的潜力。 第三部分：系统集成与电磁兼容性（$ ext{EMC}$） 高性能的单个模块并不能保证整个系统的成功。本部分关注模块间的接口、信号完整性以及系统级的电磁兼容性管理。 第七章：滤波器与耦合器的综合设计 本章超越了简单的 $ ext{Butterworth}$ 或 $ ext{Chebyshev}$ 滤波器设计，专注于耦合线、树枝线（$ ext{Stepped-Impedance}$）滤波器以及腔体滤波器的耦合系数优化。详细讨论了交叉耦合网络在实现任意幅频响应特性（如 $ ext{Elliptic}$ 响应）中的应用。此外，本书还涵盖了功率分配器/合路器的设计，特别是如何通过调整隔离度（Isolation）来最小化端口间的反射和互调失真，并介绍了宽带混合耦合器（如 $ ext{Branch-line}$ 和 $ ext{Rat-race}$ 耦合器）的制造公差敏感性分析。 第八章：高速信号完整性与串扰分析 随着集成电路工作频率的提升，互连线的串扰成为关键瓶颈。本章深入探讨了近端串扰（$ ext{NEXT}$）和远端串扰（$ ext{FEXT}$）的理论模型，并介绍了屏蔽层、地平面设计（$ ext{Ground-plane Stitching}$）和隔离槽（$ ext{Guard Traces}$）对抑制串扰的有效性。重点分析了微波组件之间由于走线布局不当导致的耦合辐射，以及如何通过三维电磁仿真来优化布局，确保系统级的信号完整性和最小的相位噪声引入。 第九章：系统级噪声与杂散辐射控制 本书的最后一部分将所有技术收敛于实际的系统性能。详细讲解了混频器（Mixer）的噪声边带抑制、局部振荡器（$ ext{LO}$）泄露以及 $ ext{LO}$ 驱动对 $ ext{PA}$ 线性度的影响。最后，本书提供了严格的电磁兼容性（$ ext{EMC}$）设计准则，包括屏蔽罩（$ ext{Cans}$）的优化设计、导电垫圈（$ ext{Gaskets}$）的选择，以及如何通过接地策略将结构共振降至最小，从而确保高灵敏度系统在复杂电磁环境中稳定可靠地运行，满足军事和民用标准的严苛要求。 --- 目标读者： 具备微波工程或射频电路设计背景的工程师，尤其是在 5G/6G 通信基站、相控阵雷达、电子战（$ ext{EW}$）系统或高精度测试测量设备领域工作的专业人员。本书适合作为高级设计课程的参考教材或专业工程师的案头手册。

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