Modern Microwave and Millimeter-Wave Power Electronics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley-IEEE Press

作者:Gregory S. Nusinovich

出品人:

页数:872

译者:

出版时间:2005-04-19

价格:USD 175.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471683728

丛书系列:

图书标签:

• 微波功率电子
• 毫米波功率电子
• 射频功率放大器
• 微波电路
• 毫米波电路
• GaN
• SiC
• 功率半导体
• 高频电子
• 无线通信

新一代微波与毫米波系统设计实践指南 本书聚焦于微波和毫米波频段射频（RF）集成电路（IC）和系统的前沿设计、仿真与制造，旨在为工程师和高级研究人员提供一个深入理解并掌握现代高频电子系统实现所需知识的综合性参考。 随着无线通信、雷达系统、卫星导航以及物联网（IoT）应用的飞速发展，工作频率持续向更高频段——特别是UHF、L、S、C、X、Ku、K、Ka波段，以及扩展到太赫兹（THz）前沿——推进已成为必然趋势。这种频率的提升带来了巨大的带宽潜力，同时也对器件的性能、电路的集成度、功耗效率以及电磁兼容性提出了空前的挑战。本书全面涵盖了从基础理论到先进工艺的各个关键环节，确保读者能够应对这些挑战。 第一部分：基础理论与器件物理 本部分奠定理解现代高频电子学设计所需的理论基础。我们首先回顾电磁场理论在微波工程中的应用，重点阐述传输线理论在非理想条件下的修正与应用，包括史密斯圆图的精确使用、高阶模式的抑制，以及分布式参数电路的分析方法。 深入探讨了半导体材料在微波/毫米波频段的特性，特别是对于高电子迁移率晶体管（HEMT）和先进硅锗（SiGe）、磷化铟（InP）异质结双极型晶体管（HBT）的物理特性进行详细解析。读者将理解这些器件在高频率下实现高跨导、低噪声系数和高功率密度的内在机制。重点分析了寄生参数对器件高频性能的实际影响，并介绍了如何通过先进的半导体工艺技术（如深亚微米CMOS/SiGe BiCMOS）来最小化这些效应。 第二部分：有源器件电路设计 此部分是全书的核心，致力于提供构建高性能放大器、振荡器和混频器的实用设计流程。 功率放大器（PA）设计： 详细阐述了面向特定效率和线性度要求的功率放大器拓扑选择。我们深入分析了巴特沃斯、切比雪夫等传统滤波器设计理论在电路匹配中的应用。对于线性化技术，本书着重介绍了基于数字预失真（DPD）的实现方法，以及在毫米波频段中如何有效应用包络跟踪（ET）技术来提升效率。电路设计案例涵盖了A类、AB类、C类以及高效率的D类/E类放大器在不同功率等级下的实际考量，包括热管理和封装效应的建模。 低噪声放大器（LNA）设计： 提供了系统的噪声优化设计方法。读者将学习如何运用散射参数（S参数）和噪声参数（Y/Z参数）来精确计算和优化输入和输出匹配网络，以达到最小化噪声系数（NF）的目标。同时，书中也讨论了在宽带应用中实现平坦噪声系数的挑战与解决方案，包括反馈式LNA和共源共栅结构的优化。 振荡器与频率合成： 重点在于设计高纯净度和高稳定性的本振（LO）源。我们详细分析了基于谐振腔和集总元件的振荡器结构，如哈特莱（Hartley）和科尔皮兹（Colpitts）振荡器的优化设计。对于频率合成，本书提供了锁相环（PLL）架构的深度解析，包括环路滤波器设计、相位噪声（PN）分析及其对系统性能的影响，以及如何利用先进的电压控制振荡器（VCO）技术来降低相噪。 第三部分：无源电路与电磁仿真 现代高频设计高度依赖于精确的电磁（EM）仿真和集成。本部分专注于无源元件的设计、建模与集成。 微带线与波导技术： 提供了不同介质基板上微带线、带状线、共面波导（CPW）的精确设计公式和修正因子。特别强调了在毫米波频段中，基板损耗、表面粗糙度和焊料柱效应如何显著影响传输线性能，并提供了应对这些挑战的建模技巧。 滤波器设计： 涵盖了从集总元件滤波器到分布式元件滤波器的设计。详细介绍了切比雪夫、椭圆（Cauer）滤波器的综合方法，并提供了腔体滤波器和集成带通/带阻滤波器的设计实例。讨论了耦合系数的精确提取和多层互连下的耦合效应分析。 电磁仿真与验证： 本章指导读者如何有效地使用商业EM求解器（如HFSS、CST等）进行三维电磁建模。重点包括：模型简化策略、端口设置、求解器选择（如时域/频域/矩量法）、以及如何将仿真结果准确映射回电路仿真环境（S参数提取、电感/电容的寄生效应分析）。此外，还涵盖了S参数的实际测量、去嵌入（De-embedding）与去嵌入技术。 第四部分：集成技术与系统实现 本部分将理论和电路设计提升到系统级应用的层面，探讨了先进的封装和集成技术。 射频集成电路（RFIC）设计考虑： 讨论了单片微波集成电路（MMIC）和基于CMOS的RFIC设计流程中的关键差异。强调了衬底噪声隔离、电源分配网络（PDN）的优化，以及封装引线电感对高性能电路的限制。我们提供了电感器、变压器、电容等有源/无源器件的版图设计指南，以确保其在目标频率下的性能符合预期。 系统级挑战与测试： 探讨了在实际系统中实现高效率和高线性度的复杂性。包括互调失真（IMD）、杂散抑制、以及射频前端（RFFE）中的功耗管理。此外，本书详细介绍了高频系统的关键测试方法，如矢量网络分析仪（VNA）的使用、频谱分析仪的噪声和杂散测量、以及大信号（P1dB, Psat）的准确表征。 本书的结构力求实用性与理论深度并重，每一章都辅以经过实践检验的设计实例和案例分析，旨在帮助读者从概念阶段顺利过渡到功能原型开发和系统验证。它不仅是设计微波和毫米波电路的“工具箱”，更是理解未来高频电子系统发展方向的“路线图”。

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对于希望深入理解现代功率电子器件极限性能的科研人员来说，这本书提供了一个极具价值的参照框架。它对新兴功率器件的可靠性建模和长期运行的衰减机制进行了前瞻性的探讨。比如，作者对高频下固有的空间电荷效应（Space-Charge Effect）如何影响GaN HEMT的饱和特性，以及如何通过器件结构优化（如栅极接地设计）来缓解这些问题，这些细节的披露，对于突破现有功率密度的瓶颈至关重要。全书的参考文献列表也体现了其扎实的学术根基，涵盖了近二十年的核心研究成果。阅读过程中，我能清晰地感受到作者试图建立一个从材料科学到系统集成的完整知识链条的努力。它不仅仅是关于如何搭建一个放大器，更是关于理解为什么在特定工作点上，物理定律会限制我们的设计自由度。对于寻求突破性创新的博士生或高级研究员而言，这本书是激发新研究方向的绝佳起点。

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我发现这本书在结构编排上非常具有逻辑性，它采用了一种螺旋上升的学习路径，确保读者在接触复杂概念之前，已经牢固掌握了必要的物理基础。与其说它是一本工具书，不如说它是一部严谨的学术专著。作者在阐述热管理策略时，展现了对多物理场耦合问题的深刻理解，例如如何利用有限元分析（FEA）来模拟半导体芯片内部的热点分布，以及这些热点如何反过来影响电子迁移率和器件寿命。这种跨学科的整合能力，是许多纯电路设计书籍所缺乏的。此外，对于射频开关和低噪声放大器（LNA）等配套电路的功率处理需求，书中也给予了恰当的关注，使得整体功率电子系统视图更加完整。如果你正在进行高功率密度应用的初步概念验证，这本书提供的设计范式和陷阱预警，能为你节省大量实验返工的时间。

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这本《现代微波与毫米波功率电子学》的理论深度令人印象深刻，它系统地梳理了从基础半导体物理到先进器件结构的全过程。作者在处理高频损耗、热管理和非线性效应等关键问题时，展现出了深厚的工程洞察力。我特别欣赏它对GaN和SiC等宽禁带半导体材料在功率放大器（PA）设计中应用的详细阐述。书中不仅停留在宏观的电路拓扑层面，更深入到微观的载流子迁移率、击穿场强等材料特性对最终器件性能的制约。对于需要设计工作在C波段至W波段大功率、高效率射频前端的工程师来说，这本书提供的设计流程和验证方法是无价之宝。它清晰地勾勒出功率密度与可靠性之间的微妙平衡，尤其在讲解匹配网络设计时，对史密斯圆图的运用和高阶耦合效应的分析，远超一般教科书的水准。整体来看，这是一本能够帮助读者从“会搭电路”迈向“精通功率处理”的权威参考书，适合有一定射频基础的研究生和资深研发人员。

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不得不提的是，这本书在处理高频下的阻抗变换和宽带匹配问题时，其详尽程度令人称赞。面对毫米波频段近乎苛刻的寄生参数影响，作者没有采用简化的L-C等效模型，而是引入了更精确的传输线理论和电磁（EM）仿真方法。书中对微带线、带状线在不同介质基板上的色散和耦合效应的分析，清晰地展示了在PCB布局层面如何避免灾难性的功率损失和模式转换。对于那些习惯于在低频领域工作的工程师而言，这种对“版图即电路”理念的强调，是至关重要的思维转变。书中对多级放大器级联增益与效率的优化算法进行了细致推导，特别是关于级联效率最大化（CEM）和功率回退（Back-off）策略的讨论，非常贴合现代通信信号的脉冲特性。总而言之，这本书在实操层面的指导性极强，但其深度要求读者必须具备扎实的电磁场理论功底。

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初次翻阅这本书时，我最大的感受是其内容的广度和与时俱进的视角。它并未仅仅局限于传统的砷化镓（GaAs）技术，而是将大量篇幅投入到新兴的、面向未来通信（如5G/6G和雷达系统）的功率放大器架构和驱动技术上。对于那些希望了解如何应对日益苛刻的频谱效率和功耗预算挑战的专业人士来说，这本书无疑是一盏明灯。特别是关于数字预失真（DPD）与射频前端的协同优化部分，讲解得非常到位，它揭示了如何通过先进的算法手段来补偿功率器件固有的非线性失真，从而在不牺牲线性度的前提下，将功率管推向效率的极限。书中的案例研究往往结合了实际的系统指标，比如EVM（误差矢量幅度）和ACPR（相邻信道功率比），这种“理论指导实践”的叙事方式，极大地提升了阅读的代入感和实用价值。它真正做到了连接器件物理、电路实现与最终系统性能之间的鸿沟。

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