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2010年赛英新书预告

日期:2011年3月26日 19:51

赛英公司法人代表、董事长张玉兴教授耗时2年编著的650页宏篇巨著——射频与微波晶体管功率放大器工程,将于2010年上半年由电子工业出版社出版,敬请同行关注!

前言

信号与信息传输系统,不管这传输媒介是空气、传输线、光纤还是波导,在传输的过程中信号都会有损耗。因此在信号的发送端头需要把被发送的信号放大到一定的电平,然后再通过媒介传送。在无线信号传输系统中,信号通过天线向空间辐射,传输距离可能从几米,几公里,几十公里到几百上千公里,这就是说发送端需要几瓦,几十瓦,乃至几百上千瓦的发射功率,因此,无论是通信、雷达、定位、导航、遥测遥控、空间技术、电视广播等信号传输系统中都需要发射机。而发射机中的核心就是射频和微波功率放大器。现代移动通信中的基站发射机功率为几十瓦,而手持机的功率为几百毫瓦,雷达发射机的脉冲功率高达几个千瓦到几十,上百千瓦。中短波、超短波,VHF/UHF的广播、电视、通信发射机的功率从瓦级到几十上百瓦,高至千瓦级。上述系统的频率从几百KHZ,一直覆盖到微波波段。功率放大器覆盖这么宽的频带,功率范围从几百毫瓦到几十千瓦,对功率放大器的指标要求,频带要求,不同的应用场合,需求都是不一样的。各个频段的功率放大器,特别是射频段和微波波段,可能的电路结构形式是完全不一样的。

现代移动通信技术在飞速发展,模拟通信体制逐渐退出历史舞台,数字通信体制在更新换代。所有这些变革都对RF、微波功率放大器的指标要求愈来愈苛刻。功率放大器如何满足现代通信系统的要求,仍是摆在我们面前的艰巨的任务。新一代移动通信中的发射机,效率和线性度这两个指标摆到了最重要的位置。为了满足这种苛刻的要求,研发出许多新型发射机的方案,一些正在成熟,而有些还仍在研发之中。

除了性能指标之外,价格因素也是必须考虑的问题。移动通信领域中的市场竞争尤其激烈,价格竞争是一个最主要的领域。功率放大器的价格是影响系统价格的最主要的因素之一。因此,高指标、低价格是现代功率放大器设计者追求的目标。

RF和微波功率放大器的设计技术是一们古老的技术,但也是仍在不断更新的技术。功率放大器分成A类、B类和C类的方法早在上世纪30年代就开始了。至今,这个概念还在使用。由于移动通信新一代数字调制系统的使用,要求功率放大器高的线性度。为了满足系统要求,老的设计方法,如效率与功率的拆衷、功率和线性度之间的拆衷等等,仍在使用“古老”的分析方法。今天,这种方法对功率放大器的设计仍起到了指导作用。当然,现代功率放大器的计算机辅助设计已成为必不可少的工具,掌握他是势在必行。

现代通信技术的日新月异,促进了功率放大器技术的发展,尤其是功率放大器的线性化技术、功率放大器效率提高技术、兼顾功率放大器线性度和效率技术等等更是纷纷出笼。例如,Doherty技术、前馈技术、预失真技术、异相技术等等。这些新技术很多已应用在现代移动通信系统中,还有一些正在发展之中。

射频与微波功率放大器的设计与实践,在我国仍是一个较薄弱环节。虽然,目前已出现几家专门研发和生产功率放大器的专门公司,例如 等等。笔者认为编著一种既有原理,设计方法,又有工程实践的书是完全必要的。功率放大器,现在,至少今后几十年,仍是一门不能集成的电路技术,尤其是大功率放大器。其理由是众所周知的。射频和微波电路中的分布参数、寄身参数及互相耦合的影响是不能忽略的。功率放大器电路板布板技术的好坏,在某些应用中,是电路能否成功的关键。一个设计优良的功率放大器,布板不好引起失败的例子很多。因此,本书在编写的过程中,尽可能的介绍在方面的经验与例子。功率放大器除了设计和布板之外,还存在很多工程问题,如元器件的选择、馈电、热设计、功率放大器保护等等,这涉及很宽的电路知识。本书在这方面也作一些介绍,当然,限于篇幅,不可能对每一个部分作详细介绍。

功率放大器的核心是晶体管,如何正确理解晶体管、正确选择晶体管、理解各类晶体管的特性往往是电路设计者的薄弱环节。本著作几乎用了一章的篇幅来介绍在方面的内容。特别是如何理解晶体管数据表上给出的直流参数、功能参数、极限参数,特别是极限参数的测量及限制等等。

射频和微波功率放大器使用的晶体管有:双极晶体管(BJT)、砷化镓金属半导体场效应管(GaAsMESFET)、结型场效应管(FET)、横向扩散场效应管(LDMOS),现在,又出现了新颖的功率晶体管——氮化镓晶体管(GaN)、INGaP、GaAs HBT等等。这些晶体管的一些选用,本书也作了介绍。

本书的一个最大的特点是:用了很大的篇幅介绍数字通信的信号调制的性质和特点,用于放大这样的信号的功率放大器的要求是什么。使功率放大器设计工程师更为明确目标和目的。著作中给出了很多的工程设计的实例,这些例子都来源于国外的文献资料。笔者也有这方面很多的工程设计实例和实际测量数据,但限于一些因素,不便于发表。

射频和微波固体功率放大器仍在不断的发展之中,很多指标以前认为作不到的正在被刷新。在书中要及时反映这些变化与发展是不可能的。因此,本著作的理论核心侧重于基本概念、基本原理、基本设计方法。在这基础上,再归纳出工程设计近似法。

功率放大器工作在大信号状态,严格的数学分析是不可能的。为了给出定量分析的结果,常常要作很多假设。假设符合实际工程情况吗?假设得到的近似满足工程设计的精度吗?这些都要一一验证。本书给出了这个过程。

本书编写的工作量很大,在编写的过程中得到了很大人的帮助。其中主要的是我众多的研究生和成都赛英科技有限公司的技术同行,作者在此表示我衷心的感谢。

张玉兴于2009.6.8.

目录

第一章 绪论

§1-1 现代数字通信体制的特点

§1-1-1 功率放大器在无线通信系统中的地位

§1-1-2 功率放大器波形质量的测量

§1-1-3 功率效率的测量

§1-1-4 功放线性化技术和效率提高技术

§1-2 射频与微波固体功率放大器的特点

§1-3 射频和微波功率放大器的分析方法综述

§1-3-1 线性近似化理论

§1-3-2 弱非线性器件的分析方法

§1-3-3 强非线性效应下的近似分析法

§1-3-4 计算机辅助设计(CAD)和非线性器件模型

§1-3-5 负载牵引设计法

§1-4 射频和微波固体功率放大器中的新颖技术

§1-4-1 功率放大器的线性化技术

§1-4-2 效率及线性化增强技术

第二章 射频和微波晶体管功率放大器基础

§2-1 射频和微波功率晶体管的直流参数和功能参数

§2-1-1 直流参数

§2-1-2 极限参数和热特性

§2-1-3 功率晶体管的功能特性

§2-1-4 低功率晶体管的功能特性

§2-1-5 线性模块的功能特性

§2-1-6 功率模块的功能性特

§2-2 射频和微波晶体管应用基础

§2-2-1 低功率晶体管的选择

§2-2-2 高功率晶体管的选择

§2-2-3 晶体管选择时的带宽考虑

§2-2-4 MOSFET与双极晶体管的选择

§2-2-5 选择功率晶体管其他考虑因素

§2-3 FET和双极晶体管的参数和电路比较

§2-3-1 晶体管类型

§2-3-2 参数的比较

§2-3-3 电路组态

§2-4 影响功率放大器设计的其他因素

§2-4-1 工作类别

§2-4-2 调制类型

§2-4-3 线性工作偏置的考虑

§2-4-4 脉冲模式工作的晶体管

§2-5 LDMOS功率晶体管及他们的应用

§2-5-1 LDMOSFET与垂直MOSFET的比较

§2-5-2 LDMOS器件设计

§2-5-3 LDMOS的特性

§2-5-4 FET的一些近似设计考虑

§2-5-5 LDMOS晶体管在现代移动蜂窝技术中的应用

§2-5-6 射频功率放大器的特性

§2-5-7 线性度考虑

§2-5-8 W-CDMA功率放大器设计实际例子

§2-5-9 CDMA放大器设计和优化的电路技术

§2-5-10 LDMOS晶体管的模型

§2-6 射频和微波功率放大器的附加电路

§2-6-1 固体功率放大器的VSWR保护

§2-6-2 功率放大器的负载失配量的“在线”测试电路

§2-6-3 输出滤波

§2-7 宽带阻抗匹配的基本概念

§2-7-1 宽带电路介绍

§2-7-2 传统的RF变压器阻抗变换器

§2-7-3 绞线RF变压器阻抗变换器

§2-7-4 传输线RF变压器阻抗变换器

§2-7-5 等延迟传输线RF变压器阻抗变换器

§2-8 射频和微波功率放大器的总体设计思想

§2-8-1 单端、平衡(并联)或者推挽功率放大器

§2-8-2 单端RF功率放大器设计思想

§2-8-3 双极晶体管并联功率放大器

§2-8-4 MOSFET晶体管并联功率放大器

§2-8-5 推挽功率放大器

§2-8-6 功率晶体管的阻抗和放大器的匹配网络

§2-8-7 功率放大器系统的级间匹配电路

§2-8-8 单级设计的实际例子

§2-9 计算机辅助设计程序

§2-9-1 概况

§2-9-2 Motorola阻抗匹配程序的内部

第三章 射频和微波功率放大器的结构技术及可靠性技术

§3-1 RF功率晶体管的封装类型

§3-2 封装对发射极/源极阻抗的影响

§3-3 射频和微波功率放大器印刷电路板的布局

§3-4 射频和微波元器件安排

§3-4-1 高功率晶体管的安装

§3-4-2 低功率晶体管的安装

§3-4-3 射频功率模块的安装

§3-5 射频和微波功率放大器的可靠性考虑

§3-5-1 芯片温度和他对可靠性的影响

§3-5-2 其他可靠性考虑

第四章 线性功率放大器的设计和功率放大器的线性化技术

§4-1 非线性电路基本概念与定义

§4-1-1 线性与非线性

§4-1-2 频率的产生

§4-1-3 非线性现象

§4-1-4 放大器中的非线性现象

§4-2 线性晶体管功率放大器的设计

§4-2-1 A类放大器和线性放大

§4-2-2 增益匹配和功率匹配

§4-2-3 负载牵引测量

§4-2-4 商用负载牵引测量设备

§4-2-5 负载线理论

§4-2-6 封装效应和负载牵引理论

§4-2-7 用CAD程序作负载牵引等功率

§4-2-8 A类功率放大器设计的实际例子

§4-2-9 总结

§4-3 功率放大器的线性化技术

§4-3-1 负反馈线性化技术

§4-3-2 预失真技术

§4-3-3 前馈技术

第五章 高效率射频和微波固体功率放大器设计

§5-1 功率放大器减小导通角的波形分析

§5-2 功率放大器输出端口

§5-3 减小导通角工作模式分析

§5-3-1 A类工作条件

§5-3-2 AB类工作条件

§5-3-3 B类工作状态

§5-3-4 C类工作状态

§5-3-5 晶体管的开启(膝)电压的影响

§5-3-6 功率转移特性和线性度

§5-3-7 对输入驱动的要求

§5-3-8 本节小结

§5-4 降低导通角高效率功率放大器的匹配网络的设计

§5-4-1 低通匹配网络

§5-4-2 传输线网络

§5-4-3 谐波短路

§5-4-4普通的的MESFET晶体管

§5-4-5 850MHz 2W B类功率放大器设计实例

§5-4-6 “π”型功率匹配网络

§5-4-7 功率放大器中的“π”型匹配网络设计和分析

§5-4-8 使用负载牵引法的网络设计和分析

§5-5 射频和微波功率放大器中的过驱动和限制效应

§5-5-1 过驱动A类功率放大器

§5-5-2 过驱动减小导通角模式的功率放大器

§5-5-3 正弦波的矩形化:F类和D类工作状态

§5-5-4 实际的F类功率放大器

§5-5-5 具有谐波短路的过驱动功率放大器

§5-6 射频应用的开关模式放大器

§5-6-1 简单的(射频应用)开关模式放大器

§5-6-2 调谐开关模功率放大器

§5-6-3 D类开关模功率放大器

§5-6-4 E类开关模功率放大器

第六章 射频和微波功率放大器的电路技术

§6-1 推挽放大器

§6-2 平衡功率放大器

§6-3 射频和微波功率放大器中的频率补偿和负反馈

§6-3-1 频率补偿

§6-3-2 负反馈

第七章 功率合成与分配技术

§7-1 概述

§7-1-1 合成概念的演变

§7-1-2 合成的基本原理

§7-1-3 合成的网络特性

§7-2 功率合成器/分配器的类型

§7-2-1 谐振和非谐振腔体合成器/功分器

§7-2-2 非谐振的N路合成器

§7-2-3 空间功率合成器

§7-3 功率合成器/分配器的分析方法

§7-3-1 传输线合成器的分析

§7-3-2 平面二维功率合成结构的分析

§7-3-3 波导和腔体合成器的分析

§7-3-4 空间功率合成结构的分析

§7-4 常规功率分配与合成技术

§7-4-1 Wilkinson 功率分配器

§7-4-2 耦合线定向耦合器

§7-4-3 微波混合桥

§7-4-4 同轴电缆变换器和合成器

§7-4-5 平行耦合线(双绞线)及同轴线阻抗变换器和平衡-不平衡变换器

§7-5 新型功率分配与合成技术

§7-5-1 基于DGS结构的不等分功率合成技术

§7-5-2 基于多层结构的小型化超宽带合成技术

§7-5-3 任意双频段功分与合成技术

§7-6 空间功率合成技术

§7-6-1 概述

§7-6-2 扩展同轴波导内空间功率合成技术

§7-6-3 径向波导空间功率合成技术

§7-6-4 基片集成波导空间功率合成技术

§7-7 大功率合成技术简介

§7-7-1 传输线的功率容量

§7-7-2 大功率合成器的设计实例

§7-8 小结

第八章 射频和微波功率放大器中的记忆效应和失真

§8-1 介绍

§8-1-1 本章的目的

§8-1-2 线性化和记忆效应

§8-1-3 本章的主要内容

§8-2 电路理论和方法

§8-2-1 电系统的分类

§8-2-2 非线性系统的频谱计算

§8-2-3 无记忆非线性系统中的频谱再生

§8-2-4 非线性效应与信号带宽的关系

§8-2-5 非线性系统分析

§8-2-6 小结

§8-2-7 需记住的要点

§8-3 射频功率放大器中的记忆效应

§8-3-1 效率

§8-3-2 线性化

§8-3-3 电记忆效应

§8-3-4 热记忆效应

§8-3-5 幅度域效应

§8-3-6 总结

§8-3-7 记忆要点

§8-4 Volterra模型

§8-4-1 非线性建模

§8-4-2 非线性I-V和Q-V特性

§8-4-3 共射BJT/HBT模型

§8-4-4 在BJT共射放大器中的IM3

§8-4-5 MESFET建模及分析

§8-4-6 小结

§8-4-7 记忆要点

§8-5 Volterra模型的特性描述

§8-5-1 拟合多项式模型

§8-5-2 自热效应

§8-5-3 直流 I-V 特性

§8-5-4 交流特性描述步骤

§8-5-5 脉冲S-参数测量

§8-5-6 封装效应的去除

§8-5-7 小信号参数的计算

§8-5-8 拟合法交流测量

§8-5-9 1-W BJT的非线性模型

§8-5-10 1-W MESFET 的非线性模型

§8-5-11 30-W LDMOS的非线性模型

§8-5-12 小结

§8-5-13 记忆要点

§8-6 仿真及测量记忆效应

§8-6-1 仿真记忆效应

§8-6-2 记忆效应的测量

§8-6-3 记忆效应与线性化

§8-6-4 小结

§8-6-5 记忆要点

§8-7 记忆效应的抵消

§8-7-1 包络滤波法

§8-7-2 阻抗优化

§8-7-3 包络注入

§8-7-4 小结

§8-7-5 记忆要点

附录7A: Volterra 分析基础

附录7B: 截断误差

附录7C:平方非线性级联时的IM3公式

附录 7D: 测量系统的有关问题

第九章 异相射频与微波功率放大器

§9-1异相微波功率放大器的介绍

§9-1-1 从历史角度来看异相放大器

§9-1-2 异相放大理论的介绍

§9-2 反相功率放大系统的线性性能

§9-2-1介绍

§9-2-2 数字调制技术

§9-2-3 数字数据的基带滤波

§9-2-4 异相放大器信号分量的分离

§9-2-5 路径不均衡和他对线性度的影响

§9-2-6 正交调制器误差对线性度的影响

§9-2-7 SCS量化误差对于异相系统的影响

§9-2-8 重构滤波器和DSP抽样率对线性度影响

§9-2-9总结

§9-3 异相放大器中降低路径失配的技术

§9-3-1 简介

§9-3-2 基于训练矢量的改进方法

§9-3-3 数据传输中路径失配误差的校正方案

§9-3-4 宽带应用中的失配校正方法

§9-3-5 VCO驱动合成

§9-4 异相功率放大器中的功率合成及效率增强技术

§9-4-1 介绍

§9-4-2 异相放大器中的功率合成技术

§9-4-3 异相系统的放大器选择

§9-4-4 利用A、B、C类放大器设计异相放大器

§9-4-5 Chireix功率合成技术

§9-4-6 开关模式放大器(D类和E类)的功率合成器的设计

§9-4-7 在异相功率放大器中使用有损耗的功率合成器

§9-4-8 输出功率的概率分布及其对效率带来的影响

§9-4-9 异相放大器中的功率回收

附录 9A

9A.1 混合型功率合成器输出的资用功率

9A.2 任意二极管模型的回收效率和电压驻波比

第十章 通信系统中的功率放大器

§10-1 Kahn包络分离和恢复技术

§10-2 包络跟踪

§10-3 异相功率放大器

§10-4 Doherty功率放大器方案

§10-5 开关模和双途径功率放大器

§10-6 前馈线性化技术

§10-7 预失真线性化(技术)

§10-8 手持机应用的单片CMOS和HBT功率放大器

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