RF and Microwave Power Amplifiers and Oscillators pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Butterworth-Heinemann Ltd

作者:GREBENNIKOV AND ANDR

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-12-30

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780750651820

丛书系列:

图书标签:

• 射频
• 微波
• 功率放大器
• 振荡器
• 电路设计
• 高频电子
• 无线通信
• 射频器件
• 微波器件
• 模拟电路

射频与微波功率放大器及振荡器：核心技术与前沿应用 图书简介 本书深入探讨了现代射频（RF）与微波（Microwave）电子系统中的两个核心功能模块：功率放大器（Power Amplifiers, PAs）和振荡器（Oscillators）。在当今无线通信、雷达、电子战以及测试测量设备等领域，高性能的射频前端设计是决定系统整体性能的关键瓶颈。本书旨在为电气工程、电子科学与技术专业的学生、研究人员以及射频电路工程师提供一套全面且深入的理论基础、设计方法论以及实际工程实践指导。 本书结构清晰，逻辑严密，从基础的器件物理特性出发，逐步过渡到复杂的系统级集成和先进的线性化技术。全书内容紧密围绕如何在大功率、高效率和高线性度之间取得最佳权衡展开，这正是射频电路设计工程师面临的核心挑战。 第一部分：功率放大器基础理论与器件 本部分首先建立理解功率放大器工作原理所需的理论基础。我们详细分析了半导体器件，特别是用于高频功率放大的双极型晶体管（HBTs）和金属氧化物半导体场效应晶体管（HEMTs/pHEMTs）的直流和射频特性。深入探讨了晶体管的小信号模型、大信号模型及其在功率工作点下的非线性行为。 随后，内容聚焦于匹配网络设计。匹配网络不仅是功率传输的桥梁，更是决定放大器工作效率和稳定性的关键。我们详细介绍了史密斯圆图在阻抗匹配中的应用，对比了集总元件（Lumped Elements）和分布元件（Distributed Elements，如传输线）匹配技术的优劣。特别地，本书对最大功率传输（MPT）、最大增益传输（MAGT）以及功率效率优化的约束条件进行了深入的数学推导和工程化解释。 第二部分：经典功率放大器架构与效率优化 在本部分，我们系统性地梳理了主要的功率放大器拓扑结构。这包括从传统的甲类（Class A）、甲乙类（Class AB）到高效率的乙类（Class B）、丙类（Class C）放大器。对于现代通信系统所需的宽带和高线性度，本书重点分析了丁类（Class D）、戊类（Class E）和己类（Class F）等开关型放大器（Switching Amplifiers）的工作原理，详细阐述了这些拓扑如何通过波形合成和谐波控制实现超越传统线性放大器的效率极限。 效率是功率放大器设计的核心指标之一。本书专门辟章节讨论了欧姆失配损失（Ohmic Loss）、沟道效应（Trapping Effects）以及热管理（Thermal Management）对实际效率的影响。我们介绍了多种提高效率的技术，例如偏置点选择、动态偏置（Dynamic Biasing）和电源调节技术（Power Supply Modulation），为实现高能效的RF前端提供了实用的工具箱。 第三部分：线性化技术与宽带设计 随着5G、6G通信对频谱效率要求的不断提高，功率放大器的非线性失真成为了限制系统性能的主要因素。本书深入探讨了功率放大器的非线性（Nonlinearity）本质，分析了AM/AM和AM/PM转换如何导致带外辐射（Out-of-Band Emissions）和误差向量幅度（EVM）的恶化。 为应对此挑战，本书详细介绍了几种关键的线性化技术： 1. 反馈线性化（Feedback Linearization）：包括电压反馈和电流反馈，分析了反馈如何改善增益平坦度、减小噪声系数并扩展线性范围。 2. 前馈线性化（Feedforward Linearization）：对前馈结构中的误差检测、信号处理和注入路径进行了细致的建模与分析，重点讨论了如何精确匹配路径延时以实现最佳的失真抑制。 3. 预失真技术（Predistortion）：区分了模拟预失真（APD）和数字预失真（DPD）。对于DPD，本书深入讲解了基于Volterra级数、记忆多项式（Memory Polynomial）和广义插值模型（Generalized Interpolation Models）的建模方法，以及在实时处理器上实现高效迭代算法的工程挑战。 此外，本书还讨论了实现宽带高性能放大器所需的技术，如多级放大器设计、跨频带匹配（Inter-band Matching）和分布式放大器（Distributed Amplifiers, DAs）的结构、特性及其在超宽带（UWB）应用中的关键考量。 第四部分：射频与微波振荡器原理与设计 振荡器是所有射频系统的核心参考源，其性能直接决定了系统的相位噪声、频率稳定性和杂散抑制能力。本部分首先介绍振荡器稳定性的基本判据，包括巴克豪森准则（Barkhausen Criteria）的实际应用。 我们详细分析了有源振荡器的两种主要拓扑结构： 1. 负阻抗振荡器（Negative Resistance Oscillators）：如Hartley、Colpitts和Clapp振荡器。本书侧重于使用两端口网络理论和S参数分析如何在特定偏置条件下诱导负阻抗，并结合晶体管的寄生参数进行高频建模。 2. 反馈振荡器（Feedback Oscillators）：如环形振荡器。重点分析了相位裕度和环路增益对振荡频率和启动条件的影响。 相位噪声分析是振荡器设计的核心。本书提供了深入的理论分析，包括弛豫振荡（Relaxation Oscillation）和高Q振荡（High-Q Oscillation）的噪声源。通过Leeson模型，我们解释了近载波（Close-in）相位噪声和宽带（Far-out）相位噪声的来源，并指导读者如何通过提高振荡器的品质因数（Q-factor）和优化噪声源来降低相位噪声。 此外，本书还涵盖了锁相环（PLL）中压控振荡器（VCO）的设计要求、频率合成器的架构选择，以及实现高品质高频本地振荡器（LO）的技术，包括微机械振荡器和MEMS技术在频率稳定化中的应用前景。 第五部分：先进工艺与系统集成 最后一部分将理论设计与实际制造工艺相结合。我们考察了不同半导体技术平台（如SiGe HBT、GaAs PHEMT、GaN HEMT等）在功率放大器和振荡器设计中的适用性、性能极限和成本效益分析。 重点讨论了热设计与可靠性问题。对于高功率密度应用，散热设计是不可或缺的一环。本书介绍了热阻的计算方法、散热封装技术（如热过孔、钎焊技术）的应用，以及如何预测器件在长期工作下的可靠性寿命。 本书旨在提供一个全面、务实的工程指南，使读者能够掌握从器件选择、电路拓扑选择到复杂系统线性化和噪声抑制的完整设计流程，从而能够设计出满足现代通信和雷达系统苛刻要求的RF/Microwave功率放大器和振荡器。

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这本关于射频和微波功率放大器与振荡器的书，给人的感觉就像是作者把毕生所学和经验倾囊相授。从基础理论的梳理到复杂电路的设计实践，它提供了一个非常扎实且全面的框架。我特别欣赏它在阐述非线性效应时所展现出的深度，比如如何处理跨导饱和、寄生效应以及温度漂移，这些都是在实际工程中经常遇到的“拦路虎”。书中对不同拓扑结构，例如甲类、乙类、丁类放大器，以及各种振荡器（LC振荡器、晶体振荡器）的优缺点分析得极为透彻，并且辅以大量的图示和仿真案例，这使得抽象的电路原理变得可视化。对于初学者来说，它可能需要一些预备知识的积累，但对于有一定经验的工程师而言，这简直是一部可以随时翻阅的“工程宝典”。它不仅仅停留在公式推导层面，更重要的是告诉我们如何在有限的物理条件下，通过精妙的电路设计来优化性能指标，比如效率、线性度和增益之间的权衡取舍。那种循序渐进，层层递进的叙述方式，让读者在不知不觉中完成了从宏观概念到微观细节的认知飞跃。

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这本书的语言风格带着一种老派的学术严谨性，但其讲解的逻辑性却让人感到无比的畅快。它很少使用过于花哨的修辞，而是用精确的数学语言来构建射频电路的物理模型。特别是在讨论功率放大器的线性化技术时，从传统的反馈和预失真技术，到更前沿的数字预失真（DPD）在硬件层面的实现考量，作者都进行了深入且不失批判性的探讨。我特别喜欢它对“为什么”的解释，而不是仅仅停留在“怎么做”的层面。例如，为什么在特定工作点下，效率和失真会呈现出这种非线性关系，背后的物理机制被剖析得淋漓尽致。这种探究根本的工作方式，使得读者不仅学会了如何搭建一个电路，更理解了驱动这个电路行为的底层原理。对于渴望从“电路实现者”升级为“系统架构师”的读者来说，这种深层次的洞察是无价的。

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我不得不说，这本书在处理高频特性和工艺限制方面的见解，远远超出了我预期的标准。它非常现实地指出了，在毫米波乃至太赫兹频段，器件的寄生参数和封装的影响已经不能被简单地视为“小扰动”，而是成为了决定最终性能的关键因素。书中对片上无源器件的设计，例如电感和电容的品质因数（Q值）与实际版图布局之间的关系，给出了极为细致的讨论。更令人印象深刻的是，作者并未回避现代设计流程中的挑战，比如电磁耦合和电磁兼容性（EMC）问题，并提供了实用的版图级优化策略。对于那些正在为下一代通信系统或雷达系统开发高效率、高集成度模块的工程师来说，这本书提供的不仅仅是理论知识，更是一套应对真实世界设计难题的思维工具箱。它的内容密度极高，我花了很长时间消化其中关于阻抗匹配网络在高阶谐波抑制方面的论述，那种对细节的执着和追求完美的设计哲学，在字里行间都清晰可见。

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这本书的结构安排堪称教科书级别的典范，它完美地平衡了理论的严谨性与工程实践的实用性。章节间的过渡自然流畅，从最基本的器件模型开始，逐步攀升到复杂的系统集成。我发现在学习振荡器部分时，关于相位噪声的分析尤为精彩，作者不仅给出了经典的塞勒森定理（Sutherland’s Theorem）的推导，还巧妙地结合了实际反馈网络的损耗和噪声注入机制，清晰地展示了如何通过优化有源和无源元件的质量来最小化噪声。对于需要设计高频谱纯度的信号源或本振电路的读者来说，这一章的内容绝对是核心价值所在。它强迫读者去思考，在每一个设计决策背后，都有着对物理极限的不断探索和超越，这种对工程艺术的深刻理解，使得这本书超越了一般的参考手册，成为了一部值得反复研读的经典著作，它激发了我对如何将理论完美映射到实际芯片和模块设计中的无限热情。

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从应用的角度来看，这本书的价值体现在其跨越了多个技术世代的广度和深度。它详尽地介绍了传统双极型晶体管（HBT）和场效应晶体管（FET）在功率放大器设计中的应用差异，同时，对新兴的基于氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体的功率器件特性和热管理挑战也给予了充分的关注。这种对技术演进路线的清晰把握，使得书中的内容不易过时，它教导的更多是一种设计范式，而非特定器件的参数手册。我尤其欣赏作者对功放测试和量化评估方法的论述，那些关于ACPR、IMD3和P1dB的精确测量技巧和标准解读，直接关系到产品能否顺利通过认证和投入市场。这本书更像是一位经验丰富、追求卓越的导师，他会毫不留情地指出设计中的薄弱环节，并引导你找到更优化的路径，而不是仅仅提供一个“能工作”的方案。

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