射频与微波晶体管放大器基础PDF电子书下载

第1章 引言 1

1.1晶体管放大器 1

1.2晶体管放大器的早期历史 2

1.3晶体管放大器的优点 3

1.4晶体管 3

1.5放大器的设计 4

1.6放大器制造技术 5

1.7放大器的应用 6

1.8放大器的成本 9

1.9目前的趋势 10

1.10本书的结构 10

参考文献 12

第2章 线性网络分析 14

2.1阻抗矩阵 14

2.2导纳矩阵 16

2.3 ABCD参数 17

2.4 S参数 18

2.4.1单端口网络的S参数 22

2.5双端口参数之间的关系 23

参考文献 24

习题 24

第3章 放大器特性和定义 26

3.1带宽 26

3.2功率增益 26

3.3输入和输出电压驻波比 29

3.4输出功率 30

3.5功率附加效率 30

3.6交调失真 31

3.6.1 IP3 31

3.6.2 ACPR 32

3.6.3 EVM 33

3.7谐波功率 33

3.8峰均比 33

3.9合成器效率 34

3.10噪声特性 35

3.10.1噪声系数 36

3.10.2噪声温度 36

3.10.3噪声带宽 36

3.10.4最佳噪声匹配 37

3.10.5等噪声系数圆和等增益圆 37

3.10.6输入和噪声同时匹配 38

3.11动态范围 39

3.12多级放大器特性 40

3.12.1多级放大器IP3 40

3.12.2多级放大器PAE 41

3.12.3多级放大器噪声系数 42

3.13栅极和漏极的推移因子 43

3.14放大器的温度系数 44

3.15平均失效时间 44

参考文献 45

习题 46

第4章 晶体管 47

4.1晶体管类型 47

4.2硅双极型晶体管 48

4.2.1关键性能参数 50

4.2.2硅双极型晶体管的高频噪声特性 51

4.2.3功率特性 52

4.3 GaAs MESFET 52

4.3.1小信号等效电路 55

4.3.2性能参数 56

4.3.3 MESFET器件的高频噪声特性 58

4.4异质结场效应晶体管 60

4.4.1 HEMT器件的高频噪声性能 61

4.4.2磷化铟pHEMT器件 61

4.5异质结双极型晶体管 63

4.5.1 HBT的高频噪声特性 65

4.5.2 SiGe异质结双极型晶体管 66

4.6 MOSFET 67

参考文献 69

习题 71

第5章 晶体管模型 72

5.1晶体管模型的类型 72

5.1.1基于物理学/电磁学理论的模型 72

5.1.2解析或混合模型 73

5.1.3以测量结果为基础的模型 73

5.2 MESFET模型 77

5.2.1线性模型 77

5.2.2非线性模型 82

5.3 pHEMT模型 83

5.3.1线性模型 83

5.3.2非线性模型 85

5.4 HBT模型 86

5.5 MOSFET模型 86

5.6 BJT模型 87

5.7晶体管模型缩放 88

5.8源牵引和负载牵引数据 89

5.8.1理论负载牵引数据 89

5.8.2测试功率和PAE的源牵引和负载牵引 91

5.8.3测试IP3的源和负载阻抗 93

5.8.4源和负载阻抗尺度变化 94

5.9依赖温度的模型 95

参考文献 95

习题 98

第6章 匹配电路的元件 99

6.1阻抗匹配元件 99

6.2传输线匹配元件 100

6.2.1微带线 100

6.2.2共面线 105

6.3集总元件 106

6.3.1电容 106

6.3.2电感 107

6.3.3电阻 110

6.4键合线电感 111

6.4.1单线 111

6.4.2地平面效应 112

6.4.3多路线 112

6.4.4线允许的最大电流 114

6.5宽带电感 114

参考文献 115

习题 116

第7章 阻抗匹配技术 117

7.1单端口和双端口网络 117

7.2窄带匹配技术 118

7.2.1集总元件匹配技术 118

7.2.2传输线匹配技术 122

7.3宽带匹配技术 128

7.3.1增益-带宽限制 128

7.3.2集总元件宽带匹配技术 130

7.3.3传输线宽带匹配网络 132

7.3.4巴伦型宽带匹配技术 136

7.3.5 T形桥式匹配网络 139

参考文献 140

习题 140

第8章 放大器分类及分析 142

8.1放大器的分类 142

8.2 A类放大器的分析 144

8.3 B类放大器的分析 146

8.3.1单端式B类放大器 146

8.3.2推挽式B类放大器 147

8.3.3过激励B类放大器 149

8.4 C类放大器的分析 150

8.5 E类放大器的分析 151

8.6 F类放大器的分析 154

8.7不同种类放大器的比较 156

参考文献 159

习题 160

第9章 放大器设计方法 162

9.1放大器的设计 162

9.1.1晶体管类型和制造工艺 162

9.1.2晶体管尺寸的选择 163

9.1.3设计方法 163

9.1.4电路拓扑 163

9.1.5电路分析和优化 164

9.1.6稳定性和热分析 164

9.2放大器设计技术 165

9.2.1负载线法 165

9.2.2低损耗匹配设计技术 167

9.2.3非线性设计方法 169

9.2.4 Taguchi实验法 170

9.3匹配网络 173

9.3.1电抗/电阻性匹配网络 173

9.3.2群匹配技术 175

9.4放大器设计的例子 176

9.4.1低噪放设计 176

9.4.2最大增益放大器设计 178

9.4.3功放设计 180

9.4.4多级驱动放大器的设计 183

9.4.5 GaAs HBT功放 187

9.5基于硅的放大器设计 191

9.5.1 Si IC LNA 191

9.5.2 Si IC功率放大器 192

参考文献 197

习题 198

第10章 高效率放大器技术 200

10.1高效率设计 200

10.1.1过驱动放大器设计 202

10.1.2 B类放大器设计 203

10.1.3 E类放大器设计 209

10.1.4 F类放大器设计 212

10.2谐波作用放大器 217

10.3谐波注入技术 218

10.4谐波控制放大器 219

10.5高PAE设计考虑 219

10.5.1谐波调节平台 220

10.5.2匹配网络损耗计算 222

10.5.3匹配网络损耗的减小 223

参考文献 224

习题 228

第11章 宽带放大器 229

11.1晶体管的带宽限制 229

11.1.1晶体管的增益滚降 229

11.1.2变化的输入和输出阻抗 230

11.1.3功率-带宽积 230

11.2宽带放大技术 230

11.2.1电抗/电阻性拓扑 231

11.2.2反馈放大器 235

11.2.3平衡放大器 238

11.2.4分布式放大器 241

11.2.5有源宽带匹配技术 249

11.2.6共源共栅结构 252

11.2.7宽带技术的比较 252

11.3宽带功率放大器设计的考虑事项 253

11.3.1拓扑图的选择 253

11.3.2器件长宽比 253

11.3.3低损耗匹配网络 253

11.3.4增益平坦技术 254

11.3.5谐波终端 254

11.3.6热设计 254

参考文献 254

习题 255

第12章 线性化技术 256

12.1非线性分析 256

12.1.1单音信号分析 257

12.1.2双音信号分析 258

12.2相位失真 260

12.3功率放大器的线性化技术 261

12.3.1脉冲掺杂器件及匹配优化 261

12.3.2预失真技术 264

12.3.3前馈技术 264

12.4提高线性放大器效率的技术 265

12.4.1反相 265

12.4.2 Doherty放大器 266

12.4.3包络消除与恢复 268

12.4.4自适应偏置 268

12.5线性放大器的设计 269

12.5.1放大器增益 269

12.5.2减小源和负载失配 270

12.6线性放大器设计实例 270

参考文献 276

习题 279

第13章 高压功率放大器设计 280

13.1高压晶体管性能概述 280

13.1.1优点 281

13.1.2应用 282

13.2高压晶体管 282

13.2.1 Si双极型晶体管 282

13.2.2 Si LDMOS晶体管 283

13.2.3 GaAs场板MESFET 284

13.2.4 GaAs场板pHEMT 285

13.2.5 GaAs HBT 285

13.2.6 SiC MESFET 285

13.2.7 SiC GaN HEMT 286

13.3高压放大器设计的必要考虑 287

13.3.1有源器件的热设计 287

13.3.2无源元件的功率处理 288

13.4功率放大器设计实例 294

13.4.1高压混合放大器 294

13.4.2高压单片式放大器 296

13.5宽带HV放大器 298

13.6串联FET放大器 300

参考文献 302

习题 305

第14章 混合放大器 306

14.1混合放大器技术 306

14.2印制电路板 306

14.3混合集成电路 307

14.3.1薄膜MIC技术 310

14.3.2厚膜MIC技术 311

14.3.3共烧陶瓷和玻璃——陶瓷技术 311

14.4内匹配功率放大器设计 312

14.5低噪声放大器 313

14.5.1窄带低噪声放大器 313

14.5.2超宽带低噪声放大器 314

14.5.3宽带分布式低噪声放大器 315

14.6功率放大器 316

14.6.1窄带功率放大器 316

14.6.2宽带功率放大器 318

参考文献 318

习题 319

第15章 单片放大器 320

15.1单片放大器的优点 320

15.2单片IC技术 320

15.2.1 MMIC制作 321

15.2.2 MMIC基底 322

15.2.3 MMIC有源器件 322

15.2.4 MMIC匹配元件 323

15.3 MMIC设计 327

15.3.1 CAD工具 327

15.3.2设计流程 327

15.3.3 EM仿真器 328

15.4设计实例 330

15.4.1低噪声放大器 330

15.4.2大功率限幅器/LNA 331

15.4.3窄带PA 331

15.4.4宽带PA 331

15.4.5超宽带PA 334

15.4.6高功率放大器 336

15.4.7高效率PA 338

15.4.8毫米波PA 338

15.4.9无线功率放大器设计实例 339

15.5 CMOS制造 341

参考文献 343

习题 345

第16章 热设计 346

16.1热力学基础 346

16.2晶体管热设计 348

16.2.1 Cooke模型 348

16.2.2单栅热模型 349

16.2.3多栅热模型 349

16.3放大器热设计 351

16.4脉冲工作 354

16.5导热槽设计 356

16.5.1传导降温和强制降温 358

16.5.2设计实例 358

16.6热阻测量 359

16.6.1 IR成像测量 359

16.6.2液晶测量 360

16.6.3电气测量技术 361

参考文献 362

习题 363

第17章 稳定性分析 364

17.1偶模振荡 364

17.1.1偶模稳定性分析 365

17.1.2偶模振荡消除技术 370

17.2奇模振荡 371

17.2.1奇模稳定性分析 372

17.2.2奇模振荡抑制技术 379

17.2.3分布式放大器的不稳定性 379

17.3参数式振荡 379

17.4杂散参数式振荡 380

17.5低频振荡 381

参考文献 382

习题 383

第18章 偏置网络 384

18.1晶体管偏置 384

18.1.1晶体管偏置点 384

18.1.2偏置方案 385

18.2偏置电路设计需要考虑的条件 389

18.2.1微带偏置电路 389

18.2.2集总元件偏置电路 391

18.2.3高PAE偏置电路 393

18.2.4迁移电流限制 394

18.3自偏置技术 394

18.4多级放大器偏置 396

18.5偏置电路的低频稳定性 397

18.6偏置顺序 398

参考文献 398

习题 398

第19章 功率合成 400

19.1器件级功率合成 400

19.2电路级功率合成 402

19.2.1功能衰减 404

19.2.2功率合成效率 405

19.3功分器、正交混合网络和耦合器 407

19.3.1功分器 407

19.3.2 90°混合网络 410

19.3.3耦合线定向耦合器 410

19.4 N路合成器 413

19.5共同合成器结构 415

19.6隔离电阻的功率处理 418

19.7空间功率合成 418

19.8功率合成技术的比较 419

参考文献 420

习题 421

第20章 集成的功能放大器 423

20.1集成的限幅器/LNA 423

20.1.1限幅器/LNA拓扑结构 423

20.1.2限幅器的要求 424

20.1.3肖特基二极管设计与限幅器结构 425

20.1.4 10 W限幅器/LNA设计 426

20.1.5测试数据与讨论 429

20.2发射链 430

20.2.1可变增益放大器 432

20.2.2可变功率放大器 434

20.2.3放大器的温度补偿 435

20.2.4功率监视/检测 436

20.2.5负载失配保护 440

20.3放大器的级联 441

参考文献 441

习题 443

第21章 放大器封装 444

21.1放大器封装概述 444

21.1.1历史简介 445

21.1.2封装类型 447

21.2封装材料 448

21.2.1陶瓷 448

21.2.2高分子化合物 448

21.2.3金属 448

21.3陶瓷封装设计 449

21.3.1 RF馈通的设计 449

21.3.2腔孔设计 451

21.3.3偏置线 452

21.3.4陶瓷封装结构 452

21.3.5陶瓷封装模型 453

21.4塑料封装设计 453

21.4.1塑料封装 454

21.4.2塑料封装模型 454

21.5封装组装 455

21.5.1芯片贴装 455

21.5.2芯片引线键合 456

21.5.3陶瓷封装的组装 457

21.5.4塑料封装的组装 458

21.5.5密封和包装 459

21.6热性能考虑 459

21.7封装使用的CAD工具 460

21.8功率放大器模块 460

参考文献 461

习题 462

第22章 晶体管和放大器的测量 463

22.1晶体管测量 463

22.1.1 I-V测量 463

22.1.2 S参数测量 464

22.1.3噪声参数测量 467

22.1.4源牵引和负载牵引测量 468

22.2放大器测量 470

22.2.1使用RF探针测量 470

22.2.2驱动放大器和HPA的测试 471

22.2.3大信号输出VSWR 472

22.2.4噪声系数测量 473

22.3失真测量 473

22.3.1 AM-AM和AM-PM 473

22.3.2 IP3/IM3测量 474

22.3.3 ACPR测量 475

22.3.4 NPR测量 475

22.3.5 EVM测量 476

22.4相位噪声测量 476

22.5恢复时间测量 478

参考文献 480

习题 481

附录A物理常数和其他数据 482

附录B单位和符号 483

附录C频带命名 485

附录D分贝单位 486

附录E数学关系式 489

附录F史密斯圆图 490

附录G图形符号 491

附录H首字母缩略词及缩写词 492

附录Ⅰ符号列表 497

附录J多通道与调制技术 500