基本信息
书名：射频电路理论与设计(第2版)
定价：49.80元
作者：黄玉兰
出版社：人民邮电出版社
出版日期：2014-01-01
ISBN：9787115325303
字数：546000
页码：
版次：2
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.4kg
编辑推荐
1.本书将“射频电路理论与设计”与ADS仿真相结合，特色。
2.文中抽象概念讲解细致，通俗。
内容提要
本书从传输线理论和射频网络的观点出发，系统地介绍了射频电路的基本理论及设计方法，同时将史密斯圆图的图解方法应用到射频电路的设计之中。 本书为《射频电路理论与设计》第2版。全书共12章，章为引言；第2～4章为传输线理论、史密斯圆图和射频网络基础，系统地介绍了射频电路的基本概念、基本参数、图解工具和基本研究方法；第5～11章为谐振电路、匹配网络、滤波器、放大器、振荡器、混频器和检波器的设计，这些电路设计可以构成完整的射频电路解决方案；2章为ADS射频电路仿真设计简介，目的是架起射频电路理论与ADS射频仿真设计的桥梁。书中不仅列举了大量具有实用价值的例题，并且以较大的篇幅详细地给出了设计求解过程。书中每章都配有小结、思考题和练习题，并在书末附有思考题和练习题的答案。本书有配套的ADS射频电路仿真教材，分别为《ADS射频电路设计基础与典型应用》和《ADS射频电路仿真与实例详解》。 本书可作为高等学校电子工程、通信工程、自动控制、微电子学、仪器仪表及相关专业本科生的教材，也可作为射频、微波及相关专业技术人员的参考书。
目录
章 引言
1.1 射频概念
1.1.1 频谱划分
1.1.2 射频和微波
1.1.3 射频通信系统的工作频率
1.1.4 射频的基本特性
1.2 射频电路的特点
1.2.1 频率与波长
1.2.2 低频电路理论是射频电路理论的特例
1.2.3 射频电路的分布参数
1.2.4 射频电路的集肤效应
1.3 射频系统
1.3.1 射频系统举例
1.3.2 收发信机
1.3.3 ADS射频仿真设计
1.4 本书安排
本章小结
思考题和练习题
第2章 传输线理论
2.1 传输线结构
2.1.1 传输线的构成
2.1.2 几种常用的TEM传输线
2.2 传输线等效电路表示法
2.2.1 长线
2.2.2 传输线的分布参数
2.2.3 传输线的等效电路
2.3 传输线方程及其解
2.3.1 均匀传输线方程
2.3.2 均匀传输线方程的解
2.3.3 行波
2.3.4 传输线的二种边界条件
2.4 传输线的基本特性参数
2.4.1 特性阻抗
2.4.2 反射系数
2.4.3 输入阻抗
2.4.4 传播常数
2.4.5 传输功率
2.5 均匀无耗传输线工作状态分析
2.5.1 行波工作状态
2.5.2 驻波工作状态
2.5.3 行驻波工作状态
2.5.4 λ/4阻抗变换器
2.6 信号源的功率输出和有载传输线
2.6.1 包含信号源与终端负载的传输线
2.6.2 传输线的功率
2.6.3 信号源的共轭匹配
2.6.4 回波损耗和插入损耗
2.7 微带线
2.7.1 微带线的有效介电常数和特性阻抗
2.7.2 微带线的传输特性
2.7.3 微带线的损耗与衰减
本章小结
思考题和练习题
第3章 史密斯圆图
3.1 复平面上反射系数的表示方法
3.1.1 反射系数复平面
3.1.2 等反射系数圆和电刻度圆
3.2 史密斯阻抗圆图
3.2.1 归一化阻抗
3.2.2 等电阻圆和等电抗圆
3.2.3 史密斯阻抗圆图
3.2.4 史密斯阻抗圆图的应用
3.3 史密斯导纳圆图
3.3.1 归一化导纳
3.3.2 史密斯导纳圆图
3.3.3 史密斯阻抗-导纳圆图
3.4 史密斯圆图在集总参数元件电路中的应用
3.4.1 含串联集总参数元件时电路的输入阻抗
3.4.2 含并联集总参数元件时电路的输入导纳
3.4.3 含一个集总电抗元件时电路的输入阻抗
3.4.4 含多个集总电抗元件时电路的输入阻抗
本章小结
思考题和练习题
第4章 射频网络基础
4.1 二端口低频网络参量
4.1.1 阻抗参量
4.1.2 导纳参量
4.1.3 混合参量
4.1.4 转移参量
4.2 二端频网络参量
4.2.1 散射参量
4.2.2 传输参量
4.3 二端口网络的参量特性
4.3.1 互易网络
4.3.2 对称网络
4.3.3 无耗网络
4.4 二端口网络的参量互换
4.4.1 网络参量、、、之间的相互转换
4.4.2 网络参量和之间的相互转换
4.4.3 网络参量、、、与之间的相互转换
4.5 多端口网络的散射参量
4.5.1 多端口网络散射参量的定义
4.5.2 常见的多端频网络
4.6 信号流图
4.6.1 信号流图的构成
4.6.2 信号流图的化简规则
本章小结
思考题和练习题
第5章 谐振电路
5.1 串联谐振电路
5.1.1 谐振频率
5.1.2 品质因数
5.1.3 输入阻抗
5.1.4 带宽
5.1.5 有载品质因数
5.2 并联谐振电路
5.2.1 谐振频率
5.2.2 品质因数
5.2.3 输入导纳
5.2.4 带宽
5.2.5 有载品质因数
5.3 传输线谐振器
5.3.1 终端短路λ/2传输线
5.3.2 终端短路λ/4传输线
5.3.3 终端开路λ/2传输线
5.3.4 终端开路λ/4传输线
5.4 介质谐振器
本章小结
思考题和练习题
第6章 匹配网络
6.1 匹配网络的目的及选择方法
6.2 集总参数元件电路的匹配网络设计
6.2.1 传输线与负载间L形匹配网络
6.2.2 信源与负载间L形共轭匹配网络
6.2.3 L形匹配网络的带宽
6.2.4 T形匹配网络和π形匹配网络
6.3 分布参数元件电路的匹配网络设计
6.3.1 负载与传输线的阻抗匹配
6.3.2 信源与负载的共轭匹配
6.4 混合参数元件电路的匹配网络设计
本章小结
思考题和练习题
第7章 滤波器的设计
7.1 滤波器的类型
7.2 用插入损耗法设计低通滤波器原型
7.2.1 巴特沃斯低通滤波器原型
7.2.2 切比雪夫低通滤波器原型
7.2.3 椭圆函数低通滤波器原型
7.2.4 线性相位低通滤波器原型
7.3 滤波器的变换
7.3.1 阻抗变换
7.3.2 频率变换
7.4 短截线滤波器
7.4.1 理查德变换
7.4.2 科洛达规则
7.4.3 低通滤波器设计举例
7.4.4 带阻滤波器设计举例
7.5 阶梯阻抗低通滤波器
7.5.1 短传输线段的近似等效电路
7.5.2 滤波器设计举例
7.6 平行耦合微带线滤波器
7.6.1 奇模和偶模
7.6.2 平行耦合微带线的滤波特性
7.6.3 带通滤波器设计举例
本章小结
思考题和练习题
第8章 放大器的稳定性、增益和噪声
8.1 放大器的稳定性
8.1.1 稳定准则
8.1.2 稳定性判别的图解法
8.1.3 稳定判别的解析法
8.1.4 放大器稳定措施
8.2 放大器的增益
8.2.1 功率增益的定义和计算公式
8.2.2 大功率增益
8.2.3 晶体管单向情况
8.2.4 晶体管双向情况
8.3 输入输出电压驻波比
8.3.1 失配因子
8.3.2 输入、输出驻波分析
8.4 放大器的噪声
8.4.1 等效噪声温度和噪声系数
8.4.2 级连网络的等效噪声温度和噪声系数
8.4.3 等噪声系数圆
本章小结
思考题和练习题
第9章 放大器的设计
9.1 放大器的工作状态和分类
9.1.1 基于静态工作点的放大器分类
9.1.2 基于信号大小的放大器分类
9.2 放大器的偏置网络
9.2.1 偏置电路与射频电路之间的连接
9.2.2 偏置电路的设计
9.3 小信号放大器的设计
9.3.1 小信号放大器的设计步骤
9.3.2 大增益放大器的设计
9.3.3 固定增益放大器的设计
9.3.4 小噪声放大器的设计
9.3.5 低噪声放大器的设计
9.3.6 宽带放大器的设计
9.4 功率放大器的设计
9.4.1 A类放大器的设计
9.4.2 交调失真
9.5 多级放大器的设计
本章小结
习题
0章 振荡器的设计
10.1 振荡电路的形成
10.1.1 振荡器的基本模型
10.1.2 振荡器的有源器件
10.1.3 振荡器与放大器的比较
10.2 微波振荡器
10.2.1 振荡条件
10.2.2 晶体管振荡器
10.2.3 二极管振荡器
10.2.4 介质谐振器振荡器
10.2.5 压控振荡器
10.3 振荡电路的一般分析
10.3.1 晶体管振荡器的一般电路
10.3.2 考毕兹(Colpitts)振荡器
10.3.3 哈特莱(Hartley)振荡器
10.3.4 皮尔斯(Pierce)晶体振荡器
10.4 振荡器的技术指标
本章小结
思考题和练习题
1章 混频器和检波器的设计
11.1 混频器
11.1.1 混频器的特性
11.1.2 混频器的种类
11.1.3 混频器主要技术指标
11.1.4 单端二极管混频器
11.1.5 单平衡混频器
11.2 检波器
11.2.1 整流器与检波器
11.2.2 二极管检波器
11.2.3 检波器的灵敏度
本章小结
思考题和练习题
2章 ADS射频电路仿真设计简介
12.1 美国安捷伦(Agilent)公司与ADS软件
12.2 ADS的设计功能
12.3 ADS的仿真功能
12.4 ADS的4种主要工作视窗
12.4.1 主视窗
12.4.2 原理图视窗
12.4.3 数据显示视窗
12.4.4 版图视窗
本章小结
思考题和练习题
附录A 国际单位制(SI)词头
附录B 电学、磁学和光学的量和单位
附录C 某些材料的电导率
附录D 某些材料的相对介电常数和损耗角正切
附录E 常用同轴射频电缆特性参数
思考题和练习题答案
参考文献
作者介绍
文摘
序言
《射频电路设计基础与应用》 第一章 射频电路基础 本章旨在为读者打下坚实的射频电路理论基础，是深入理解后续章节的关键。我们将从射频电路的基本概念入手，探讨其与低频电路的根本区别，并介绍射频电路设计中必须掌握的几个核心要素。 1.1 射频信号的特性 频率范围与波长： 明确射频（RF）的定义，通常指频率在3kHz至300GHz之间的电磁波。深入分析频率与波长之间的关系（λ = c/f），理解在微波及更高频段，电路元件的物理尺寸与信号波长相当，这导致了传统的集总参数电路模型失效，必须采用分布式参数模型。 电磁波的传播： 介绍电磁波在传输线上的传播特性，包括传播速度、阻抗匹配以及信号的反射和驻波现象。理解这些概念对于设计高性能的射频电路至关重要，因为它们直接影响信号的完整性和电路的效率。 非理想元件效应： 探讨射频电路设计中，元件的非理想特性变得尤为显著。例如，电感器和电容器的寄生电阻、寄生电感和寄生电容；电阻器的寄生电感和寄生电容；晶体管等有源器件的等效电路模型在射频频段的修正。这些非理想效应会引入损耗、限制电路的带宽和增益，必须在设计中予以考虑和补偿。 1.2 传输线理论 集总参数与分布式参数： 详细阐述集总参数模型在低频电路中的适用性，以及在射频频段，当元件尺寸接近或大于信号波长时，必须采用分布式参数模型。 传输线的模型： 介绍均匀传输线的电路模型，包括单位长度的电阻(R)、电感(L)、电导(G)和电容(C)。推导传输线的特性阻抗Z₀、传播常数γ以及信号传播速度v。 反射与驻波： 深入分析传输线末端阻抗不匹配时产生的信号反射现象。引入电压驻波比（VSWR）的概念，解释其对信号传输效率和功率传输的影响。讲解如何通过阻抗匹配来最小化反射，实现最大功率传输。 史密斯圆图（Smith Chart）： 详细介绍史密斯圆图作为射频电路阻抗匹配设计的重要工具。讲解其基本构成，如何表示归一化阻抗、反射系数、电压驻波比以及如何利用史密斯圆图进行串联/并联负载匹配、匹配网络的计算和设计。 1.3 S参数 S参数的定义与意义： 介绍S参数（Scattering Parameters）作为描述射频电路端口特性的标准化方法。阐述S参数如何表征信号的入射、反射和透射，以及其在射频电路分析和设计中的不可替代性。 S参数的物理意义： 详细解释S参数的各项含义，如S₁₁（输入回波损耗）、S₂₂（输出回波损耗）、S₂₁（正向传输增益/损耗）、S₁₂（反向传输增益/损耗）。理解这些参数对于评估电路性能至关重要。 S参数的测量与应用： 介绍S参数的测量方法，如使用网络分析仪。说明S参数在电路仿真、性能预测、匹配网络设计、稳定性分析等方面的广泛应用。 1.4 匹配技术 阻抗匹配的必要性： 再次强调阻抗匹配在射频电路中的核心地位，确保最大功率传输、最小信号反射、提高信噪比以及保证电路的稳定工作。 匹配网络的类型： 介绍常见的匹配网络类型，包括L型匹配网络、π型匹配网络、T型匹配网络。分析不同匹配网络的优缺点、适用范围和设计方法。 单端口和双端口匹配： 分别讲解如何对单端口（如天线）和双端口（如放大器输入/输出端）进行阻抗匹配。 宽带匹配： 探讨实现宽带匹配的技术，如使用多个并联或串联的匹配单元、采用特殊的匹配电路结构等。 1.5 射频电路的损耗与噪声 插入损耗（Insertion Loss）： 分析射频电路中存在的各种损耗，如导体损耗、介质损耗、辐射损耗等。理解损耗对信号功率衰减的影响。 噪声系数（Noise Figure）： 介绍噪声在射频信号传输和处理过程中的影响。定义噪声系数（NF）及其计算方法。讲解如何设计低噪声射频电路，以及噪声系数与增益、系统信噪比的关系。 噪声系数的计算： 介绍Friis噪声系数公式，用于计算多级级联放大器的总噪声系数。 第二章 射频无源电路设计 本章将聚焦于射频电路中的无源元件及其应用，包括滤波器、耦合器、功率分配器/合成器等，这些组件是构建复杂射频系统不可或缺的基础模块。 2.1 射频滤波器 滤波器的基本功能与分类： 介绍滤波器在射频系统中的作用，如抑制带外干扰、选择特定频率信号等。按频率响应分类，包括低通、高通、带通、带阻滤波器。 滤波器设计理论： 讲解Butterworth、Chebyshev、Elliptic等几种常见滤波器的设计逼近方法，分析它们的通带纹波、阻带衰减和过渡带陡峭度等性能指标的权衡。 分布式参数滤波器： 介绍基于微带线、带状线等传输线实现的分布式参数滤波器，如短截线滤波器、耦合线滤波器。分析其结构特点和设计方法。 集中参数滤波器： 简要介绍集总参数电感、电容实现的滤波器，并分析其在较高频率下的局限性。 滤波器设计实例： 通过具体实例，演示如何根据滤波器性能指标（如截止频率、阻带衰减）设计一个射频带通滤波器，并对设计结果进行仿真分析。 2.2 射频耦合器 耦合器的基本概念： 介绍耦合器是用于将一个输入信号按一定比例分配到两个或多个输出端口的无源器件。 分支线耦合器： 详细讲解分支线耦合器的结构、工作原理和设计公式。分析其耦合度、隔离度、方向性以及插入损耗等关键参数。 90度混合耦合器（90° Hybrid Coupler）： 介绍90度混合耦合器的特点，如四分之一波长耦合线结构，以及其在单边带调制、功率合成、电桥电路等应用中的作用。 180度混合耦合器（180° Hybrid Coupler）： 讲解180度混合耦合器的结构（如Rat-Race耦合器、Wilkinson功率分配器）及其在射频电路中的应用。 耦合器的参数分析： 深入分析耦合器的耦合度、隔离度、方向性、插入损耗等参数对射频系统性能的影响。 2.3 功率分配器与合成器 功率分配器的功能与类型： 介绍功率分配器将一个输入信号分成多个相同或不同幅度的输出信号。常见类型包括2路、4路功率分配器。 Wilkinson功率分配器： 重点介绍Wilkinson功率分配器，分析其使用λ/4传输线和λ/2隔离电阻的结构，以及其优异的隔离度和匹配性能。 功率合成器的功能与类型： 功率合成器是将多个输入信号叠加成一个输出信号，常用于提高输出功率。 功率分配器/合成器的级联： 讨论如何通过级联多个功率分配器/合成器来构建多路输出或高功率输出系统。 2.4 射频电感与电容 射频电感器： 结构与类型： 介绍电感器的不同结构，如空心电感、磁芯电感、片式电感、多层电感等。 等效电路模型： 深入分析射频电感器的等效电路模型，包括串联寄生电阻(ESR)、串联寄生电感(ESL)以及自谐振频率(SRF)。 选型原则： 讲解如何根据应用需求（电感值、Q值、自谐振频率、额定电流）选择合适的射频电感器。 射频电容器： 结构与类型： 介绍射频电容器的常见类型，如陶瓷电容（高Q值）、薄膜电容、云母电容等。 等效电路模型： 分析射频电容器的等效电路模型，包括等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。 自谐振频率： 强调电容器的自谐振频率对于其在高频应用的有效性至关重要。 选型原则： 讲解如何根据应用需求（电容值、精度、Q值、耐压、工作频率）选择合适的射频电容器。 2.5 射频开关与衰减器 射频开关： 功能与分类： 介绍射频开关用于在不同信号通路之间进行切换。按工作原理分类，如PIN二极管开关、FET开关、机电开关。 性能参数： 讲解开关的插入损耗、隔离度、回波损耗、开关速度等关键参数。 射频衰减器： 功能与分类： 介绍射频衰减器用于精确控制信号的幅度。按结构分类，如固定衰减器、可变衰减器、步进衰减器。 衰减器设计： 介绍基于电阻网络的衰减器设计，如T型和π型衰减器。 性能参数： 讲解衰减器的衰减量、插入损耗、回波损耗、工作频率范围等。 第三章 射频有源电路设计 本章将深入探讨射频电路中的有源元件，重点介绍低噪声放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混频器和振荡器等关键模块的设计原理和实现方法，这些是构成高性能射频收发系统的核心。 3.1 低噪声放大器（LNA）设计 LNA在射频系统中的作用： 强调LNA是接收链路的第一级放大器，其性能直接决定了整个系统的灵敏度和信噪比。 噪声系数（NF）的优化： 详细讲解如何通过选择合适的晶体管（如MESFET、HEMT、SiGe BJT）、优化输入匹配网络来最小化LNA的噪声系数。 增益与带宽的设计： 分析LNA的增益要求和带宽限制，以及如何通过电路结构和元件选择来满足这些要求。 输入输出匹配： 详细讲解LNA的输入端和输出端的匹配策略，确保最佳的信号传输和最小的反射。 稳定性分析： 讨论LNA的稳定性问题，如振荡，以及如何通过伯德图、K因子等方法进行稳定性分析和设计。 LNA电路拓扑： 介绍常见的LNA电路拓扑，如单级共源放大器、共栅放大器、Cascode LNA等，并分析它们的优缺点。 3.2 功率放大器（PA）设计 PA在射频系统中的作用： 介绍PA是发射链路的末级放大器，其主要任务是将基带信号放大到足以进行远距离传输所需的功率。 PA的性能指标： 详细解释PA的关键性能指标，包括输出功率、功率附加效率（PAE）、增益、线性度（ACPR、IMD）、效率等。 PA的分类： AB类、B类、C类PA： 分析不同偏置类的PA的效率和线性度权衡。 D类、E类、F类高效率PA： 重点介绍开关模式PA（如D类、E类、F类）的设计原理，分析它们如何通过谐波控制来提高效率。 匹配网络设计： 讲解PA输入和输出端的匹配网络设计，强调在保证良好线性度的前提下，实现最大功率传输。 热管理： 讨论PA工作时产生大量热量的问题，以及有效的散热设计对于保证PA稳定工作和延长寿命的重要性。 线性化技术： 介绍常用的PA线性化技术，如预失真（Pre-distortion）、后失真（Post-distortion）、包络跟踪（Envelope Tracking）等，以改善PA的频谱效率。 3.3 混频器设计 混频器的功能与原理： 介绍混频器在射频通信系统中的核心作用——将一个高频信号与另一个本地振荡器（LO）信号进行相乘，产生新的频率分量，用于频率下变频或上变频。 混频器的类型： 二极管混频器： 讲解基于PIN二极管、肖特基二极管的混频器设计，分析其工作原理和性能特点。 FET混频器： 介绍使用场效应管（FET）作为混频元件的优势，如较高的隔离度。 集成混频器： 提及现代通信系统中广泛使用的集成混频器，如Gilbert单元混频器。 关键性能指标： 详细解释混频器的转换损耗、LO-RF隔离度、LO-IF隔离度、RF-IF隔离度、三阶交调失真（IMD3）等参数。 LO驱动功率： 分析LO驱动功率对混频器性能的影响，以及如何选择合适的LO驱动功率。 3.4 振荡器设计 振荡器在射频系统中的作用： 介绍振荡器是产生稳定高频信号源的关键器件，广泛应用于信号的产生、频率合成等。 振荡器基本原理： 讲解正弦波振荡器的基本构成，包括放大环节和反馈网络，以及Barkhausen判据（增益和相位条件）对于实现振荡的重要性。 振荡器的类型： LC振荡器： 介绍基于电感（L）和电容（C）谐振腔的振荡器，如Colpitts振荡器、Hartley振荡器。 RC振荡器： 简单提及RC振荡器在射频领域的局限性。 晶体振荡器： 介绍利用石英晶体的谐振特性实现的晶体振荡器，具有高频率稳定性和准确度。 压控振荡器（VCO）： 讲解VCO的原理，即输出频率受控制电压影响，是锁相环（PLL）中的关键组成部分。 相位噪声： 详细分析振荡器的相位噪声，它对通信系统的比特误码率（BER）和频谱纯净度有着决定性的影响。 振荡器的稳定性： 讨论影响振荡器频率稳定性的因素，如温度、电源电压、负载变化，以及提高稳定性的方法。 第四章 射频系统集成与应用 本章将把前几章学到的射频电路基础理论和模块设计知识进行整合，探讨射频系统的整体架构、设计流程以及实际应用中的关键考量，例如收发信机、雷达系统、无线通信系统等。 4.1 射频收发信机架构 直接转换接收机（Direct Conversion Receiver）架构： 介绍直接转换接收机的基本原理，即直接将射频信号下变频至基带，分析其优点（如简化滤波器设计、降低中频损耗）和缺点（如LO泄露、直流偏移）。 超外差接收机（Superheterodyne Receiver）架构： 详细讲解超外差接收机的级联结构，包括射频放大、混频、中频放大、解调等步骤。分析其优点（如良好的镜像抑制、高灵敏度）和缺点（如中频电路设计复杂、需要额外的镜像抑制滤波器）。 发射机架构： 讲解发射机的基本流程，包括基带信号处理、调制、上变频、功率放大等。 典型收发信机框图分析： 通过分析典型的蜂窝通信、Wi-Fi等收发信机框图，让读者理解不同模块的功能及其连接关系。 4.2 频率合成与锁相环（PLL） 频率合成的必要性： 解释在现代通信系统中，精确、灵活地生成各种所需频率的重要性。 锁相环（PLL）原理： 详细讲解PLL的基本组成部分：鉴相器（Phase Detector）、低通滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）和分频器。 PLL的工作原理： 分析PLL如何通过负反馈机制，使得VCO的输出频率锁定在参考频率的整数倍，从而实现高精度的频率合成。 PLL的关键性能指标： 讨论PLL的锁定范围、跟踪范围、相位噪声、抖动以及建立时间等。 PLL的应用： 介绍PLL在频率合成器、时钟恢复、数据同步等领域的广泛应用。 4.3 天线与传播 天线的辐射原理： 简要介绍电磁波的辐射原理，以及天线如何将电信号转换为电磁波，或将电磁波转换为电信号。 常见天线类型： 介绍几种典型的射频天线，如偶极子天线、单极子天线、贴片天线、喇叭天线等，分析它们的特点和适用场景。 天线参数： 讲解天线的关键参数，如增益、方向性、阻抗、带宽、极化等。 无线传播环境： 探讨电磁波在自由空间、室内、室外等不同环境下的传播特性，包括衰减、多径效应、反射、衍射等。 天线选型与布局： 强调在系统设计中，选择合适的天线类型并进行合理的布局对于整体通信性能至关重要。 4.4 射频集成电路（RFIC）与系统级芯片（SoC） RFIC的发展趋势： 介绍RFIC将射频电路集成到单个芯片上的优势，如减小尺寸、降低功耗、提高集成度、降低成本。 CMOS RFIC技术： 探讨CMOS工艺在射频集成电路设计中的应用，以及其面临的挑战（如噪声、线性度、功耗）。 SiP（System in Package）与SoC（System on Chip）： 区分SiP和SoC的概念，以及它们在射频系统实现中的不同路径。 RFIC设计挑战： 分析RFIC设计过程中需要克服的挑战，如器件寄生效应、相互耦合、电源完整性、电磁兼容性（EMC）等。 4.5 射频系统设计流程与考量 需求分析与规格定义： 强调在项目初期进行详细的需求分析和系统规格定义的重要性，包括工作频率、带宽、功率、灵敏度、功耗、成本等。 模块化设计： 介绍将复杂射频系统分解为可管理模块（如LNA、PA、Mixer、PLL）进行独立设计和验证的策略。 仿真与验证： 强调在设计过程中广泛使用射频仿真工具（如ADS、Cadence、HFSS）进行电路性能仿真和系统级仿真。 PCB布局与布线： 讲解射频PCB布局和布线规则，如接地、过孔、阻抗控制、信号完整性等，这些对于保证电路性能至关重要。 测试与调试： 介绍射频电路的测试设备（如网络分析仪、信号发生器、频谱分析仪）和测试方法，以及系统调试的流程。 电磁兼容性（EMC）设计： 强调在射频系统设计中，需要考虑电磁干扰（EMI）和电磁敏感性，确保系统在复杂的电磁环境中可靠工作。 第五章 射频测量技术与仿真工具 本章将介绍射频电路设计与验证过程中必不可少的测量技术和仿真工具，使读者能够有效地评估和优化设计。 5.1 射频测量仪表 网络分析仪（Vector Network Analyzer - VNA）： 工作原理： 详细介绍VNA如何测量信号的S参数，包括反射系数和传输系数。 主要功能： 讲解VNA在测量输入/输出回波损耗、增益/插入损耗、隔离度、相位特性、阻抗特性等方面应用。 校准： 强调VNA校准（如SOLT、TRL）的重要性，以消除测量系统的误差。 信号发生器（Signal Generator）： 功能： 介绍信号发生器用于产生各种射频信号，包括频率、幅度、调制方式等。 类型： 简要介绍模拟信号发生器、矢量信号发生器（VSG）的区别。 频谱分析仪（Spectrum Analyzer）： 工作原理： 讲解频谱分析仪如何显示信号的功率在频率域的分布。 主要功能： 介绍其在测量信号的频率、带宽、谐波、杂散信号、功率谱密度（PSD）等方面的应用。 功率计（Power Meter）： 功能： 介绍功率计用于精确测量射频信号的平均功率。 类型： 简要介绍热敏功率计、二极管功率计。 噪声系数测量仪（Noise Figure Meter）： 功能： 介绍用于测量射频器件的噪声系数。 5.2 射频电路仿真工具 ADS (Advanced Design System): 特点： 介绍ADS是业界领先的射频及微波电路设计仿真软件，支持电路仿真、电磁场仿真。 功能模块： 讲解其在原理图设计、版图设计、S参数仿真、瞬态仿真、噪声仿真、谐波平衡仿真等方面的强大功能。 Cadence Virtuoso & Spectre RF: 特点： Cadence是另一家重要的EDA厂商，其RF解决方案在集成电路设计领域占有重要地位。 功能： 介绍其在模拟/射频IC设计、版图验证、寄生参数提取、RFIC仿真等方面的应用。 HFSS (High Frequency Structure Simulator): 特点： HFSS是Ansys公司开发的电磁场仿真软件，采用有限元方法（FEM）。 功能： 强调其在天线设计、波导、射频连接器、PCB信号完整性分析等全波电磁场仿真方面的优势。 CST Microwave Studio: 特点： CST Microwave Studio是Dassault Systèmes公司开发的射频及电磁场仿真软件，支持多种求解器。 功能： 介绍其在射频微波组件、天线、PCB、EMC/EMI等领域的应用。 仿真流程与技巧： 讲解如何根据设计需求选择合适的仿真工具，如何建立准确的模型，如何进行参数扫描和优化，以及如何解读仿真结果。 5.3 PCB布局与布线注意事项 接地技术： 强调射频PCB设计的关键在于良好的接地，包括单点接地、多点接地、接地过孔的使用。 阻抗匹配走线： 讲解如何根据传输线理论设计具有特定阻抗的微带线、带状线等，以保证信号完整性。 电源完整性（Power Integrity）： 讨论电源去耦电容的选型和放置，以及电源网络的设计对射频电路稳定性的影响。 信号完整性（Signal Integrity）： 分析串扰、反射、损耗等信号完整性问题，以及如何通过合理的布线和端接来解决。 隔离与屏蔽： 介绍如何通过物理隔离、屏蔽罩等手段减少不同电路模块之间的相互干扰。 5.4 实际应用中的工程考量 成本与功耗： 讨论在射频系统设计中，如何在性能、成本和功耗之间进行权衡。 可靠性与散热： 强调射频器件在高功率工作时产生的热量问题，以及有效的散热设计对产品可靠性的重要性。 制造与可测试性： 考虑电路的可制造性，以及在设计阶段就预留必要的测试点，方便后续的生产和调试。 法规与标准： 简要提及射频产品需要满足的通信法规和标准（如FCC、CE等）。 通过学习以上内容，读者将能系统地掌握射频电路设计所必需的理论知识、设计方法和实践技巧，为在通信、雷达、医疗电子、物联网等领域开发高性能的射频产品打下坚实的基础。
