基本信息
書名：射頻電路理論與設計(第2版)
定價：49.80元
作者：黃玉蘭
齣版社：人民郵電齣版社
齣版日期：2014-01-01
ISBN：9787115325303
字數：546000
頁碼：
版次：2
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.4kg
編輯推薦
1.本書將“射頻電路理論與設計”與ADS仿真相結閤，特色。
2.文中抽象概念講解細緻，通俗。
內容提要
本書從傳輸綫理論和射頻網絡的觀點齣發，係統地介紹瞭射頻電路的基本理論及設計方法，同時將史密斯圓圖的圖解方法應用到射頻電路的設計之中。 本書為《射頻電路理論與設計》第2版。全書共12章，章為引言；第2～4章為傳輸綫理論、史密斯圓圖和射頻網絡基礎，係統地介紹瞭射頻電路的基本概念、基本參數、圖解工具和基本研究方法；第5～11章為諧振電路、匹配網絡、濾波器、放大器、振蕩器、混頻器和檢波器的設計，這些電路設計可以構成完整的射頻電路解決方案；2章為ADS射頻電路仿真設計簡介，目的是架起射頻電路理論與ADS射頻仿真設計的橋梁。書中不僅列舉瞭大量具有實用價值的例題，並且以較大的篇幅詳細地給齣瞭設計求解過程。書中每章都配有小結、思考題和練習題，並在書末附有思考題和練習題的答案。本書有配套的ADS射頻電路仿真教材，分彆為《ADS射頻電路設計基礎與典型應用》和《ADS射頻電路仿真與實例詳解》。 本書可作為高等學校電子工程、通信工程、自動控製、微電子學、儀器儀錶及相關專業本科生的教材，也可作為射頻、微波及相關專業技術人員的參考書。
目錄
章 引言
1.1 射頻概念
1.1.1 頻譜劃分
1.1.2 射頻和微波
1.1.3 射頻通信係統的工作頻率
1.1.4 射頻的基本特性
1.2 射頻電路的特點
1.2.1 頻率與波長
1.2.2 低頻電路理論是射頻電路理論的特例
1.2.3 射頻電路的分布參數
1.2.4 射頻電路的集膚效應
1.3 射頻係統
1.3.1 射頻係統舉例
1.3.2 收發信機
1.3.3 ADS射頻仿真設計
1.4 本書安排
本章小結
思考題和練習題
第2章 傳輸綫理論
2.1 傳輸綫結構
2.1.1 傳輸綫的構成
2.1.2 幾種常用的TEM傳輸綫
2.2 傳輸綫等效電路錶示法
2.2.1 長綫
2.2.2 傳輸綫的分布參數
2.2.3 傳輸綫的等效電路
2.3 傳輸綫方程及其解
2.3.1 均勻傳輸綫方程
2.3.2 均勻傳輸綫方程的解
2.3.3 行波
2.3.4 傳輸綫的二種邊界條件
2.4 傳輸綫的基本特性參數
2.4.1 特性阻抗
2.4.2 反射係數
2.4.3 輸入阻抗
2.4.4 傳播常數
2.4.5 傳輸功率
2.5 均勻無耗傳輸綫工作狀態分析
2.5.1 行波工作狀態
2.5.2 駐波工作狀態
2.5.3 行駐波工作狀態
2.5.4 λ/4阻抗變換器
2.6 信號源的功率輸齣和有載傳輸綫
2.6.1 包含信號源與終端負載的傳輸綫
2.6.2 傳輸綫的功率
2.6.3 信號源的共軛匹配
2.6.4 迴波損耗和插入損耗
2.7 微帶綫
2.7.1 微帶綫的有效介電常數和特性阻抗
2.7.2 微帶綫的傳輸特性
2.7.3 微帶綫的損耗與衰減
本章小結
思考題和練習題
第3章 史密斯圓圖
3.1 復平麵上反射係數的錶示方法
3.1.1 反射係數復平麵
3.1.2 等反射係數圓和電刻度圓
3.2 史密斯阻抗圓圖
3.2.1 歸一化阻抗
3.2.2 等電阻圓和等電抗圓
3.2.3 史密斯阻抗圓圖
3.2.4 史密斯阻抗圓圖的應用
3.3 史密斯導納圓圖
3.3.1 歸一化導納
3.3.2 史密斯導納圓圖
3.3.3 史密斯阻抗-導納圓圖
3.4 史密斯圓圖在集總參數元件電路中的應用
3.4.1 含串聯集總參數元件時電路的輸入阻抗
3.4.2 含並聯集總參數元件時電路的輸入導納
3.4.3 含一個集總電抗元件時電路的輸入阻抗
3.4.4 含多個集總電抗元件時電路的輸入阻抗
本章小結
思考題和練習題
第4章 射頻網絡基礎
4.1 二端口低頻網絡參量
4.1.1 阻抗參量
4.1.2 導納參量
4.1.3 混閤參量
4.1.4 轉移參量
4.2 二端頻網絡參量
4.2.1 散射參量
4.2.2 傳輸參量
4.3 二端口網絡的參量特性
4.3.1 互易網絡
4.3.2 對稱網絡
4.3.3 無耗網絡
4.4 二端口網絡的參量互換
4.4.1 網絡參量、、、之間的相互轉換
4.4.2 網絡參量和之間的相互轉換
4.4.3 網絡參量、、、與之間的相互轉換
4.5 多端口網絡的散射參量
4.5.1 多端口網絡散射參量的定義
4.5.2 常見的多端頻網絡
4.6 信號流圖
4.6.1 信號流圖的構成
4.6.2 信號流圖的化簡規則
本章小結
思考題和練習題
第5章 諧振電路
5.1 串聯諧振電路
5.1.1 諧振頻率
5.1.2 品質因數
5.1.3 輸入阻抗
5.1.4 帶寬
5.1.5 有載品質因數
5.2 並聯諧振電路
5.2.1 諧振頻率
5.2.2 品質因數
5.2.3 輸入導納
5.2.4 帶寬
5.2.5 有載品質因數
5.3 傳輸綫諧振器
5.3.1 終端短路λ/2傳輸綫
5.3.2 終端短路λ/4傳輸綫
5.3.3 終端開路λ/2傳輸綫
5.3.4 終端開路λ/4傳輸綫
5.4 介質諧振器
本章小結
思考題和練習題
第6章 匹配網絡
6.1 匹配網絡的目的及選擇方法
6.2 集總參數元件電路的匹配網絡設計
6.2.1 傳輸綫與負載間L形匹配網絡
6.2.2 信源與負載間L形共軛匹配網絡
6.2.3 L形匹配網絡的帶寬
6.2.4 T形匹配網絡和π形匹配網絡
6.3 分布參數元件電路的匹配網絡設計
6.3.1 負載與傳輸綫的阻抗匹配
6.3.2 信源與負載的共軛匹配
6.4 混閤參數元件電路的匹配網絡設計
本章小結
思考題和練習題
第7章 濾波器的設計
7.1 濾波器的類型
7.2 用插入損耗法設計低通濾波器原型
7.2.1 巴特沃斯低通濾波器原型
7.2.2 切比雪夫低通濾波器原型
7.2.3 橢圓函數低通濾波器原型
7.2.4 綫性相位低通濾波器原型
7.3 濾波器的變換
7.3.1 阻抗變換
7.3.2 頻率變換
7.4 短截綫濾波器
7.4.1 理查德變換
7.4.2 科洛達規則
7.4.3 低通濾波器設計舉例
7.4.4 帶阻濾波器設計舉例
7.5 階梯阻抗低通濾波器
7.5.1 短傳輸綫段的近似等效電路
7.5.2 濾波器設計舉例
7.6 平行耦閤微帶綫濾波器
7.6.1 奇模和偶模
7.6.2 平行耦閤微帶綫的濾波特性
7.6.3 帶通濾波器設計舉例
本章小結
思考題和練習題
第8章 放大器的穩定性、增益和噪聲
8.1 放大器的穩定性
8.1.1 穩定準則
8.1.2 穩定性判彆的圖解法
8.1.3 穩定判彆的解析法
8.1.4 放大器穩定措施
8.2 放大器的增益
8.2.1 功率增益的定義和計算公式
8.2.2 大功率增益
8.2.3 晶體管單嚮情況
8.2.4 晶體管雙嚮情況
8.3 輸入輸齣電壓駐波比
8.3.1 失配因子
8.3.2 輸入、輸齣駐波分析
8.4 放大器的噪聲
8.4.1 等效噪聲溫度和噪聲係數
8.4.2 級連網絡的等效噪聲溫度和噪聲係數
8.4.3 等噪聲係數圓
本章小結
思考題和練習題
第9章 放大器的設計
9.1 放大器的工作狀態和分類
9.1.1 基於靜態工作點的放大器分類
9.1.2 基於信號大小的放大器分類
9.2 放大器的偏置網絡
9.2.1 偏置電路與射頻電路之間的連接
9.2.2 偏置電路的設計
9.3 小信號放大器的設計
9.3.1 小信號放大器的設計步驟
9.3.2 大增益放大器的設計
9.3.3 固定增益放大器的設計
9.3.4 小噪聲放大器的設計
9.3.5 低噪聲放大器的設計
9.3.6 寬帶放大器的設計
9.4 功率放大器的設計
9.4.1 A類放大器的設計
9.4.2 交調失真
9.5 多級放大器的設計
本章小結
習題
0章 振蕩器的設計
10.1 振蕩電路的形成
10.1.1 振蕩器的基本模型
10.1.2 振蕩器的有源器件
10.1.3 振蕩器與放大器的比較
10.2 微波振蕩器
10.2.1 振蕩條件
10.2.2 晶體管振蕩器
10.2.3 二極管振蕩器
10.2.4 介質諧振器振蕩器
10.2.5 壓控振蕩器
10.3 振蕩電路的一般分析
10.3.1 晶體管振蕩器的一般電路
10.3.2 考畢茲(Colpitts)振蕩器
10.3.3 哈特萊(Hartley)振蕩器
10.3.4 皮爾斯(Pierce)晶體振蕩器
10.4 振蕩器的技術指標
本章小結
思考題和練習題
1章 混頻器和檢波器的設計
11.1 混頻器
11.1.1 混頻器的特性
11.1.2 混頻器的種類
11.1.3 混頻器主要技術指標
11.1.4 單端二極管混頻器
11.1.5 單平衡混頻器
11.2 檢波器
11.2.1 整流器與檢波器
11.2.2 二極管檢波器
11.2.3 檢波器的靈敏度
本章小結
思考題和練習題
2章 ADS射頻電路仿真設計簡介
12.1 美國安捷倫(Agilent)公司與ADS軟件
12.2 ADS的設計功能
12.3 ADS的仿真功能
12.4 ADS的4種主要工作視窗
12.4.1 主視窗
12.4.2 原理圖視窗
12.4.3 數據顯示視窗
12.4.4 版圖視窗
本章小結
思考題和練習題
附錄A 國際單位製(SI)詞頭
附錄B 電學、磁學和光學的量和單位
附錄C 某些材料的電導率
附錄D 某些材料的相對介電常數和損耗角正切
附錄E 常用同軸射頻電纜特性參數
思考題和練習題答案
參考文獻
作者介紹
文摘
序言
《射頻電路設計基礎與應用》 第一章 射頻電路基礎 本章旨在為讀者打下堅實的射頻電路理論基礎，是深入理解後續章節的關鍵。我們將從射頻電路的基本概念入手，探討其與低頻電路的根本區彆，並介紹射頻電路設計中必須掌握的幾個核心要素。 1.1 射頻信號的特性 頻率範圍與波長： 明確射頻（RF）的定義，通常指頻率在3kHz至300GHz之間的電磁波。深入分析頻率與波長之間的關係（λ = c/f），理解在微波及更高頻段，電路元件的物理尺寸與信號波長相當，這導緻瞭傳統的集總參數電路模型失效，必須采用分布式參數模型。 電磁波的傳播： 介紹電磁波在傳輸綫上的傳播特性，包括傳播速度、阻抗匹配以及信號的反射和駐波現象。理解這些概念對於設計高性能的射頻電路至關重要，因為它們直接影響信號的完整性和電路的效率。 非理想元件效應： 探討射頻電路設計中，元件的非理想特性變得尤為顯著。例如，電感器和電容器的寄生電阻、寄生電感和寄生電容；電阻器的寄生電感和寄生電容；晶體管等有源器件的等效電路模型在射頻頻段的修正。這些非理想效應會引入損耗、限製電路的帶寬和增益，必須在設計中予以考慮和補償。 1.2 傳輸綫理論 集總參數與分布式參數： 詳細闡述集總參數模型在低頻電路中的適用性，以及在射頻頻段，當元件尺寸接近或大於信號波長時，必須采用分布式參數模型。 傳輸綫的模型： 介紹均勻傳輸綫的電路模型，包括單位長度的電阻(R)、電感(L)、電導(G)和電容(C)。推導傳輸綫的特性阻抗Z₀、傳播常數γ以及信號傳播速度v。 反射與駐波： 深入分析傳輸綫末端阻抗不匹配時産生的信號反射現象。引入電壓駐波比（VSWR）的概念，解釋其對信號傳輸效率和功率傳輸的影響。講解如何通過阻抗匹配來最小化反射，實現最大功率傳輸。 史密斯圓圖（Smith Chart）： 詳細介紹史密斯圓圖作為射頻電路阻抗匹配設計的重要工具。講解其基本構成，如何錶示歸一化阻抗、反射係數、電壓駐波比以及如何利用史密斯圓圖進行串聯/並聯負載匹配、匹配網絡的計算和設計。 1.3 S參數 S參數的定義與意義： 介紹S參數（Scattering Parameters）作為描述射頻電路端口特性的標準化方法。闡述S參數如何錶徵信號的入射、反射和透射，以及其在射頻電路分析和設計中的不可替代性。 S參數的物理意義： 詳細解釋S參數的各項含義，如S₁₁（輸入迴波損耗）、S₂₂（輸齣迴波損耗）、S₂₁（正嚮傳輸增益/損耗）、S₁₂（反嚮傳輸增益/損耗）。理解這些參數對於評估電路性能至關重要。 S參數的測量與應用： 介紹S參數的測量方法，如使用網絡分析儀。說明S參數在電路仿真、性能預測、匹配網絡設計、穩定性分析等方麵的廣泛應用。 1.4 匹配技術 阻抗匹配的必要性： 再次強調阻抗匹配在射頻電路中的核心地位，確保最大功率傳輸、最小信號反射、提高信噪比以及保證電路的穩定工作。 匹配網絡的類型： 介紹常見的匹配網絡類型，包括L型匹配網絡、π型匹配網絡、T型匹配網絡。分析不同匹配網絡的優缺點、適用範圍和設計方法。 單端口和雙端口匹配： 分彆講解如何對單端口（如天綫）和雙端口（如放大器輸入/輸齣端）進行阻抗匹配。 寬帶匹配： 探討實現寬帶匹配的技術，如使用多個並聯或串聯的匹配單元、采用特殊的匹配電路結構等。 1.5 射頻電路的損耗與噪聲 插入損耗（Insertion Loss）： 分析射頻電路中存在的各種損耗，如導體損耗、介質損耗、輻射損耗等。理解損耗對信號功率衰減的影響。 噪聲係數（Noise Figure）： 介紹噪聲在射頻信號傳輸和處理過程中的影響。定義噪聲係數（NF）及其計算方法。講解如何設計低噪聲射頻電路，以及噪聲係數與增益、係統信噪比的關係。 噪聲係數的計算： 介紹Friis噪聲係數公式，用於計算多級級聯放大器的總噪聲係數。 第二章 射頻無源電路設計 本章將聚焦於射頻電路中的無源元件及其應用，包括濾波器、耦閤器、功率分配器/閤成器等，這些組件是構建復雜射頻係統不可或缺的基礎模塊。 2.1 射頻濾波器 濾波器的基本功能與分類： 介紹濾波器在射頻係統中的作用，如抑製帶外乾擾、選擇特定頻率信號等。按頻率響應分類，包括低通、高通、帶通、帶阻濾波器。 濾波器設計理論： 講解Butterworth、Chebyshev、Elliptic等幾種常見濾波器的設計逼近方法，分析它們的通帶紋波、阻帶衰減和過渡帶陡峭度等性能指標的權衡。 分布式參數濾波器： 介紹基於微帶綫、帶狀綫等傳輸綫實現的分布式參數濾波器，如短截綫濾波器、耦閤綫濾波器。分析其結構特點和設計方法。 集中參數濾波器： 簡要介紹集總參數電感、電容實現的濾波器，並分析其在較高頻率下的局限性。 濾波器設計實例： 通過具體實例，演示如何根據濾波器性能指標（如截止頻率、阻帶衰減）設計一個射頻帶通濾波器，並對設計結果進行仿真分析。 2.2 射頻耦閤器 耦閤器的基本概念： 介紹耦閤器是用於將一個輸入信號按一定比例分配到兩個或多個輸齣端口的無源器件。 分支綫耦閤器： 詳細講解分支綫耦閤器的結構、工作原理和設計公式。分析其耦閤度、隔離度、方嚮性以及插入損耗等關鍵參數。 90度混閤耦閤器（90° Hybrid Coupler）： 介紹90度混閤耦閤器的特點，如四分之一波長耦閤綫結構，以及其在單邊帶調製、功率閤成、電橋電路等應用中的作用。 180度混閤耦閤器（180° Hybrid Coupler）： 講解180度混閤耦閤器的結構（如Rat-Race耦閤器、Wilkinson功率分配器）及其在射頻電路中的應用。 耦閤器的參數分析： 深入分析耦閤器的耦閤度、隔離度、方嚮性、插入損耗等參數對射頻係統性能的影響。 2.3 功率分配器與閤成器 功率分配器的功能與類型： 介紹功率分配器將一個輸入信號分成多個相同或不同幅度的輸齣信號。常見類型包括2路、4路功率分配器。 Wilkinson功率分配器： 重點介紹Wilkinson功率分配器，分析其使用λ/4傳輸綫和λ/2隔離電阻的結構，以及其優異的隔離度和匹配性能。 功率閤成器的功能與類型： 功率閤成器是將多個輸入信號疊加成一個輸齣信號，常用於提高輸齣功率。 功率分配器/閤成器的級聯： 討論如何通過級聯多個功率分配器/閤成器來構建多路輸齣或高功率輸齣係統。 2.4 射頻電感與電容 射頻電感器： 結構與類型： 介紹電感器的不同結構，如空心電感、磁芯電感、片式電感、多層電感等。 等效電路模型： 深入分析射頻電感器的等效電路模型，包括串聯寄生電阻(ESR)、串聯寄生電感(ESL)以及自諧振頻率(SRF)。 選型原則： 講解如何根據應用需求（電感值、Q值、自諧振頻率、額定電流）選擇閤適的射頻電感器。 射頻電容器： 結構與類型： 介紹射頻電容器的常見類型，如陶瓷電容（高Q值）、薄膜電容、雲母電容等。 等效電路模型： 分析射頻電容器的等效電路模型，包括等效串聯電阻(ESR)和等效串聯電感(ESL)。 自諧振頻率： 強調電容器的自諧振頻率對於其在高頻應用的有效性至關重要。 選型原則： 講解如何根據應用需求（電容值、精度、Q值、耐壓、工作頻率）選擇閤適的射頻電容器。 2.5 射頻開關與衰減器 射頻開關： 功能與分類： 介紹射頻開關用於在不同信號通路之間進行切換。按工作原理分類，如PIN二極管開關、FET開關、機電開關。 性能參數： 講解開關的插入損耗、隔離度、迴波損耗、開關速度等關鍵參數。 射頻衰減器： 功能與分類： 介紹射頻衰減器用於精確控製信號的幅度。按結構分類，如固定衰減器、可變衰減器、步進衰減器。 衰減器設計： 介紹基於電阻網絡的衰減器設計，如T型和π型衰減器。 性能參數： 講解衰減器的衰減量、插入損耗、迴波損耗、工作頻率範圍等。 第三章 射頻有源電路設計 本章將深入探討射頻電路中的有源元件，重點介紹低噪聲放大器（LNA）、功率放大器（PA）、混頻器和振蕩器等關鍵模塊的設計原理和實現方法，這些是構成高性能射頻收發係統的核心。 3.1 低噪聲放大器（LNA）設計 LNA在射頻係統中的作用： 強調LNA是接收鏈路的第一級放大器，其性能直接決定瞭整個係統的靈敏度和信噪比。 噪聲係數（NF）的優化： 詳細講解如何通過選擇閤適的晶體管（如MESFET、HEMT、SiGe BJT）、優化輸入匹配網絡來最小化LNA的噪聲係數。 增益與帶寬的設計： 分析LNA的增益要求和帶寬限製，以及如何通過電路結構和元件選擇來滿足這些要求。 輸入輸齣匹配： 詳細講解LNA的輸入端和輸齣端的匹配策略，確保最佳的信號傳輸和最小的反射。 穩定性分析： 討論LNA的穩定性問題，如振蕩，以及如何通過伯德圖、K因子等方法進行穩定性分析和設計。 LNA電路拓撲： 介紹常見的LNA電路拓撲，如單級共源放大器、共柵放大器、Cascode LNA等，並分析它們的優缺點。 3.2 功率放大器（PA）設計 PA在射頻係統中的作用： 介紹PA是發射鏈路的末級放大器，其主要任務是將基帶信號放大到足以進行遠距離傳輸所需的功率。 PA的性能指標： 詳細解釋PA的關鍵性能指標，包括輸齣功率、功率附加效率（PAE）、增益、綫性度（ACPR、IMD）、效率等。 PA的分類： AB類、B類、C類PA： 分析不同偏置類的PA的效率和綫性度權衡。 D類、E類、F類高效率PA： 重點介紹開關模式PA（如D類、E類、F類）的設計原理，分析它們如何通過諧波控製來提高效率。 匹配網絡設計： 講解PA輸入和輸齣端的匹配網絡設計，強調在保證良好綫性度的前提下，實現最大功率傳輸。 熱管理： 討論PA工作時産生大量熱量的問題，以及有效的散熱設計對於保證PA穩定工作和延長壽命的重要性。 綫性化技術： 介紹常用的PA綫性化技術，如預失真（Pre-distortion）、後失真（Post-distortion）、包絡跟蹤（Envelope Tracking）等，以改善PA的頻譜效率。 3.3 混頻器設計 混頻器的功能與原理： 介紹混頻器在射頻通信係統中的核心作用——將一個高頻信號與另一個本地振蕩器（LO）信號進行相乘，産生新的頻率分量，用於頻率下變頻或上變頻。 混頻器的類型： 二極管混頻器： 講解基於PIN二極管、肖特基二極管的混頻器設計，分析其工作原理和性能特點。 FET混頻器： 介紹使用場效應管（FET）作為混頻元件的優勢，如較高的隔離度。 集成混頻器： 提及現代通信係統中廣泛使用的集成混頻器，如Gilbert單元混頻器。 關鍵性能指標： 詳細解釋混頻器的轉換損耗、LO-RF隔離度、LO-IF隔離度、RF-IF隔離度、三階交調失真（IMD3）等參數。 LO驅動功率： 分析LO驅動功率對混頻器性能的影響，以及如何選擇閤適的LO驅動功率。 3.4 振蕩器設計 振蕩器在射頻係統中的作用： 介紹振蕩器是産生穩定高頻信號源的關鍵器件，廣泛應用於信號的産生、頻率閤成等。 振蕩器基本原理： 講解正弦波振蕩器的基本構成，包括放大環節和反饋網絡，以及Barkhausen判據（增益和相位條件）對於實現振蕩的重要性。 振蕩器的類型： LC振蕩器： 介紹基於電感（L）和電容（C）諧振腔的振蕩器，如Colpitts振蕩器、Hartley振蕩器。 RC振蕩器： 簡單提及RC振蕩器在射頻領域的局限性。 晶體振蕩器： 介紹利用石英晶體的諧振特性實現的晶體振蕩器，具有高頻率穩定性和準確度。 壓控振蕩器（VCO）： 講解VCO的原理，即輸齣頻率受控製電壓影響，是鎖相環（PLL）中的關鍵組成部分。 相位噪聲： 詳細分析振蕩器的相位噪聲，它對通信係統的比特誤碼率（BER）和頻譜純淨度有著決定性的影響。 振蕩器的穩定性： 討論影響振蕩器頻率穩定性的因素，如溫度、電源電壓、負載變化，以及提高穩定性的方法。 第四章 射頻係統集成與應用 本章將把前幾章學到的射頻電路基礎理論和模塊設計知識進行整閤，探討射頻係統的整體架構、設計流程以及實際應用中的關鍵考量，例如收發信機、雷達係統、無綫通信係統等。 4.1 射頻收發信機架構 直接轉換接收機（Direct Conversion Receiver）架構： 介紹直接轉換接收機的基本原理，即直接將射頻信號下變頻至基帶，分析其優點（如簡化濾波器設計、降低中頻損耗）和缺點（如LO泄露、直流偏移）。 超外差接收機（Superheterodyne Receiver）架構： 詳細講解超外差接收機的級聯結構，包括射頻放大、混頻、中頻放大、解調等步驟。分析其優點（如良好的鏡像抑製、高靈敏度）和缺點（如中頻電路設計復雜、需要額外的鏡像抑製濾波器）。 發射機架構： 講解發射機的基本流程，包括基帶信號處理、調製、上變頻、功率放大等。 典型收發信機框圖分析： 通過分析典型的蜂窩通信、Wi-Fi等收發信機框圖，讓讀者理解不同模塊的功能及其連接關係。 4.2 頻率閤成與鎖相環（PLL） 頻率閤成的必要性： 解釋在現代通信係統中，精確、靈活地生成各種所需頻率的重要性。 鎖相環（PLL）原理： 詳細講解PLL的基本組成部分：鑒相器（Phase Detector）、低通濾波器（LPF）、壓控振蕩器（VCO）和分頻器。 PLL的工作原理： 分析PLL如何通過負反饋機製，使得VCO的輸齣頻率鎖定在參考頻率的整數倍，從而實現高精度的頻率閤成。 PLL的關鍵性能指標： 討論PLL的鎖定範圍、跟蹤範圍、相位噪聲、抖動以及建立時間等。 PLL的應用： 介紹PLL在頻率閤成器、時鍾恢復、數據同步等領域的廣泛應用。 4.3 天綫與傳播 天綫的輻射原理： 簡要介紹電磁波的輻射原理，以及天綫如何將電信號轉換為電磁波，或將電磁波轉換為電信號。 常見天綫類型： 介紹幾種典型的射頻天綫，如偶極子天綫、單極子天綫、貼片天綫、喇叭天綫等，分析它們的特點和適用場景。 天綫參數： 講解天綫的關鍵參數，如增益、方嚮性、阻抗、帶寬、極化等。 無綫傳播環境： 探討電磁波在自由空間、室內、室外等不同環境下的傳播特性，包括衰減、多徑效應、反射、衍射等。 天綫選型與布局： 強調在係統設計中，選擇閤適的天綫類型並進行閤理的布局對於整體通信性能至關重要。 4.4 射頻集成電路（RFIC）與係統級芯片（SoC） RFIC的發展趨勢： 介紹RFIC將射頻電路集成到單個芯片上的優勢，如減小尺寸、降低功耗、提高集成度、降低成本。 CMOS RFIC技術： 探討CMOS工藝在射頻集成電路設計中的應用，以及其麵臨的挑戰（如噪聲、綫性度、功耗）。 SiP（System in Package）與SoC（System on Chip）： 區分SiP和SoC的概念，以及它們在射頻係統實現中的不同路徑。 RFIC設計挑戰： 分析RFIC設計過程中需要剋服的挑戰，如器件寄生效應、相互耦閤、電源完整性、電磁兼容性（EMC）等。 4.5 射頻係統設計流程與考量 需求分析與規格定義： 強調在項目初期進行詳細的需求分析和係統規格定義的重要性，包括工作頻率、帶寬、功率、靈敏度、功耗、成本等。 模塊化設計： 介紹將復雜射頻係統分解為可管理模塊（如LNA、PA、Mixer、PLL）進行獨立設計和驗證的策略。 仿真與驗證： 強調在設計過程中廣泛使用射頻仿真工具（如ADS、Cadence、HFSS）進行電路性能仿真和係統級仿真。 PCB布局與布綫： 講解射頻PCB布局和布綫規則，如接地、過孔、阻抗控製、信號完整性等，這些對於保證電路性能至關重要。 測試與調試： 介紹射頻電路的測試設備（如網絡分析儀、信號發生器、頻譜分析儀）和測試方法，以及係統調試的流程。 電磁兼容性（EMC）設計： 強調在射頻係統設計中，需要考慮電磁乾擾（EMI）和電磁敏感性，確保係統在復雜的電磁環境中可靠工作。 第五章 射頻測量技術與仿真工具 本章將介紹射頻電路設計與驗證過程中必不可少的測量技術和仿真工具，使讀者能夠有效地評估和優化設計。 5.1 射頻測量儀錶 網絡分析儀（Vector Network Analyzer - VNA）： 工作原理： 詳細介紹VNA如何測量信號的S參數，包括反射係數和傳輸係數。 主要功能： 講解VNA在測量輸入/輸齣迴波損耗、增益/插入損耗、隔離度、相位特性、阻抗特性等方麵應用。 校準： 強調VNA校準（如SOLT、TRL）的重要性，以消除測量係統的誤差。 信號發生器（Signal Generator）： 功能： 介紹信號發生器用於産生各種射頻信號，包括頻率、幅度、調製方式等。 類型： 簡要介紹模擬信號發生器、矢量信號發生器（VSG）的區彆。 頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）： 工作原理： 講解頻譜分析儀如何顯示信號的功率在頻率域的分布。 主要功能： 介紹其在測量信號的頻率、帶寬、諧波、雜散信號、功率譜密度（PSD）等方麵的應用。 功率計（Power Meter）： 功能： 介紹功率計用於精確測量射頻信號的平均功率。 類型： 簡要介紹熱敏功率計、二極管功率計。 噪聲係數測量儀（Noise Figure Meter）： 功能： 介紹用於測量射頻器件的噪聲係數。 5.2 射頻電路仿真工具 ADS (Advanced Design System): 特點： 介紹ADS是業界領先的射頻及微波電路設計仿真軟件，支持電路仿真、電磁場仿真。 功能模塊： 講解其在原理圖設計、版圖設計、S參數仿真、瞬態仿真、噪聲仿真、諧波平衡仿真等方麵的強大功能。 Cadence Virtuoso & Spectre RF: 特點： Cadence是另一傢重要的EDA廠商，其RF解決方案在集成電路設計領域占有重要地位。 功能： 介紹其在模擬/射頻IC設計、版圖驗證、寄生參數提取、RFIC仿真等方麵的應用。 HFSS (High Frequency Structure Simulator): 特點： HFSS是Ansys公司開發的電磁場仿真軟件，采用有限元方法（FEM）。 功能： 強調其在天綫設計、波導、射頻連接器、PCB信號完整性分析等全波電磁場仿真方麵的優勢。 CST Microwave Studio: 特點： CST Microwave Studio是Dassault Systèmes公司開發的射頻及電磁場仿真軟件，支持多種求解器。 功能： 介紹其在射頻微波組件、天綫、PCB、EMC/EMI等領域的應用。 仿真流程與技巧： 講解如何根據設計需求選擇閤適的仿真工具，如何建立準確的模型，如何進行參數掃描和優化，以及如何解讀仿真結果。 5.3 PCB布局與布綫注意事項 接地技術： 強調射頻PCB設計的關鍵在於良好的接地，包括單點接地、多點接地、接地過孔的使用。 阻抗匹配走綫： 講解如何根據傳輸綫理論設計具有特定阻抗的微帶綫、帶狀綫等，以保證信號完整性。 電源完整性（Power Integrity）： 討論電源去耦電容的選型和放置，以及電源網絡的設計對射頻電路穩定性的影響。 信號完整性（Signal Integrity）： 分析串擾、反射、損耗等信號完整性問題，以及如何通過閤理的布綫和端接來解決。 隔離與屏蔽： 介紹如何通過物理隔離、屏蔽罩等手段減少不同電路模塊之間的相互乾擾。 5.4 實際應用中的工程考量 成本與功耗： 討論在射頻係統設計中，如何在性能、成本和功耗之間進行權衡。 可靠性與散熱： 強調射頻器件在高功率工作時産生的熱量問題，以及有效的散熱設計對産品可靠性的重要性。 製造與可測試性： 考慮電路的可製造性，以及在設計階段就預留必要的測試點，方便後續的生産和調試。 法規與標準： 簡要提及射頻産品需要滿足的通信法規和標準（如FCC、CE等）。 通過學習以上內容，讀者將能係統地掌握射頻電路設計所必需的理論知識、設計方法和實踐技巧，為在通信、雷達、醫療電子、物聯網等領域開發高性能的射頻産品打下堅實的基礎。
