平面微波工程 理论、测量与电路PDF电子书下载

第1章 微波技术简史 1

1.1 引言 1

1.2 真空管的诞生 9

1.3 阿姆斯特朗（Armstrong）与自激放大器／检波器／振荡器 11

1.4 奇才间的战争 14

1.5 结语 21

1.6 附录A 其他一些无线系统的特征 22

1.7 附录B 谁是无线电的真正发明人 23

第2章 射频与微波电路导论 30

2.1 一些定义 30

2.2 常规的频段划分 31

2.3 集总电路与分布电路 33

2.4 集总与分布域的联系 35

2.5 级联重复结构的策动点阻抗 35

2.6 传输线更详细的讨论 37

2.6.1 有损传输线的集总参数模型 37

2.6.2 有损传输线的特征阻抗 37

2.6.3 传播常数 38

2.6.4 γ与传输线参数的关系 39

2.7 有限长度传输线的行为特征 41

2.7.1 终端匹配的传输线 41

2.7.2 终端接上任意负载阻抗的传输线 41

2.8 传输线方程小结 43

2.9 人造传输线 43

2.9.1 集总参数传输线的截止频率 44

2.9.2 集总参数传输线的终断 44

2.9.3 m参数推导出的半段网络 45

2.10 总结 46

第3章 史密斯圆图与散射（S）参数 47

3.1 引言 47

3.2 史密斯圆图 47

3.3 散射参数（S参数） 52

3.4 附录A 对于单位的注解 54

3.5 附录B 为什么采用50Ω或75Ω 55

3.5.1 功率处理能力 56

3.5.2 衰减 56

3.5.3 总结 57

第4章 阻抗匹配 58

4.1 引言 58

4.2 最大功率传输定理 59

4.3 匹配方法 60

4.3.1 经典的集总元件匹配方法 60

4.3.2 经典的传输线阻抗变换器 67

4.3.3 宽带阻抗匹配技术 71

第5章 连接件电缆线与波导 81

5.1 引言 81

5.2 连接件 81

5.2.1 模与衰减 81

5.2.2 非线性效应 85

5.3 同轴电缆 86

5.3.1 为何要同轴 86

5.3.2 同轴电缆的种类 87

5.4 波导 88

5.4.1 有关模的术语 89

5.4.2 波导的衰减性质 90

5.5 总结 90

5.6 附录 同轴电缆的性质 91

第6章 无源元件 93

6.1 引言 93

6.2 射频频率下的互连线：趋肤效应 93

6.3 电阻器 97

6.4 电容器 100

6.5 电感器 104

6.5.1 表面贴片电感和铁氧磁珠 104

6.5.2 电感公式 104

6.6 磁耦合的导体 110

6.6.1 变压器 110

6.6.2 耦合的键合线 113

6.6.3 宽带传输线变压器 113

6.6.4 窄带传输线变压器 116

6.7 总结 117

第7章 微带线、带状线与平面无源元件 118

7.1 引言 118

7.2 印刷电路板（PC板）的一般特征 118

7.3 印刷电路板上的传输线 121

7.3.1 共面波导（CPW）和共面带线（CPS） 125

7.3.2 线线之间的不连续性 127

7.3.3 连接器和传输线之间的过渡 130

7.4 用传输线段构成的无源器件 132

7.5 谐振器 134

7.6 合成器分配器和耦合器 135

7.6.1 电阻性合成器 136

7.6.2 分布式合成器 136

7.6.3 混合型变换器和巴伦变换器 140

7.6.4 定向耦合器 147

7.6.5 宽带和尺寸缩小技术 164

7.7 总结 167

7.8 附录A 一些有用的电感公式 167

7.8.1 平板金属和圆导线 168

7.8.2 单圆环 168

7.8.3 平面螺旋线 168

7.9 附录B 边缘修正公式的推导 170

7.10 附录C 其他材料的介电常数 173

第8章 阻抗测量 174

8.1 引言 174

8.2 时域反射计 174

8.2.1 定位不连续 174

8.2.2 表征不连续性 175

8.2.3 参数提取 177

8.2.4 补偿 179

8.2.5 TDR总结 179

8.3 开槽线 180

8.3.1 引言 180

8.3.2 往昔：开槽线阻抗测量 180

8.4 矢量网络分析仪（VNA） 186

8.4.1 背景 186

8.4.2 基本测试模式和误差来源 187

8.4.3 对微带线的一些专门考虑 192

8.5 校准方法小结 193

8.6 VNA的其他一些测量能力 193

8.7 参考文献 194

8.8 附录A 其他一些阻抗测量的装置 194

8.8.1 SWR计 194

8.8.2 栅陷式（Grid-Dip）振荡器（GDO） 194

8.9 附录B 设计课题 196

8.9.1 微带槽线设计方案 196

8.9.2 自制亚纳秒级脉冲发生器 198

第9章 微波二极管 201

9.1 引言 201

9.2 结型二极管 201

9.3 肖特基二极管 204

9.4 变容管 205

9.5 隧道二极管 207

9.6 PIN二极管 209

9.7 噪声二极管 210

9.8 急变（snap）二极管 211

9.9 耿氏（Gunn）二极管 212

9.10 金属-绝缘层-金属（MIM）二极管 214

9.11 IMPATT（碰撞电离雪崩渡越时间：IMPact ionization Avalanche Transit-Time）二极管 214

9.12 总结 215

9.13 附录 自制便士二极管和晶体收音机 215

第10章 混频器 220

10.1 引言 220

10.2 混频器的基本原理 221

10.2.1 转换增益 221

10.2.2 噪声系数：单边带（SSB）与双边带（DSB） 221

10.2.3 线性度和隔离度 222

10.2.4 杂散信号 224

10.3 非线性、时变与混频 225

10.4 基于乘法器的混频器 229

10.4.1 单平衡乘法器 229

10.4.2 有源双平衡混频器 231

10.4.3 无源双平衡混频器 234

10.4.4 单二极管混频器 236

10.4.5 双二极管混频器 237

10.4.6 双平衡二极管混频器 239

10.4.7 在镜像频率处的终断 240

10.4.8 其他混频器结构 242

第11章 晶体管 244

11.1 历史与回顾 244

11.2 建模 251

11.3 双极型晶体管的小信号模型 252

11.3.1 简单的直流模型 252

11.3.2 一个简单的高频模型 254

11.3.3 高频品质因数 256

11.3.4 从数据手册中提取模型参数 257

11.4 场效应晶体管（FET）模型 258

11.4.1 动态元件 260

11.4.2 MESFET和HEMT的区别 263

11.5 总结 263

第12章 放大器 264

12.1 引言 264

12.2 微波偏置电路基础 264

12.2.1 双极型晶体管的偏置 265

12.2.2 耗尽型FET的偏置 269

12.2.3 有源偏置 271

12.3 带宽扩展技术 272

12.3.1 串联和并联补偿 272

12.3.2 更多关于用零点来拓展带宽 278

12.3.3 二端口网络的带宽拓展 279

12.4 并串放大器 282

12.4.1 并联-串联放大器的详细设计 283

12.4.2 分布式放大器（行波放大器） 290

12.4.3 宽带放大器的交调失真 293

12.5 调谐放大器 294

12.5.1 引言 294

12.5.2 带单个调谐负载的共射放大器 295

12.5.3 调谐放大器的详细分析 296

12.6 中和与单向化 297

12.7 异常的阻抗行为及稳定性 299

12.8 附录 桥接T形线圈转移函数的推导 304

12.8.1 差模响应 305

12.8.2 共模响应 305

12.8.3 完整的传输函数 306

12.8.4 最大平坦幅度响应的设计公式 307

12.8.5 最大平坦时延的设计公式 310

12.8.6 最大带宽的设计公式 311

12.8.7 总结 312

第13章 低噪声放大器（LNA）设计 313

13.1 引言 313

13.2 经典的两端口网络噪声理论 313

13.2.1 噪声因子 313

13.2.2 最优的源导纳 315

13.2.3 经典噪声优化方法的局限 316

13.2.4 噪声系数与噪声温度 316

13.3 双极型噪声模型的推导 317

13.4 窄带LNA 321

13.5 几个实用的设计细节 323

13.5.1 实现发射极简简并电感 323

13.5.2 集电极负载 324

13.5.3 偏置电路 324

13.6 线性度与大信号性能 325

13.7 赝空动态范围（SFDR） 328

13.8 级联系统 330

13.9 总结 333

13.10 附录A 双极型晶体管的噪声系数方程 333

13.11 附录B 场效应晶体管（FET）噪声参数 333

13.11.1 理论 333

13.11.2 实际考虑 335

第14章 噪声系数测量 336

14.1 引言 336

14.2 基本定义和噪声测量理论 336

14.3 噪声温度 339

14.4 级联系统噪声系数的Friis公式 341

14.5 噪声测量 342

14.6 典型的噪声系数测量 343

14.6.1 过去的（好？）日子 343

14.6.2 在当今这个时代 344

14.7 误差源 347

14.7.1 外部噪声 347

14.7.2 夹具损耗 348

14.7.3 来自次级的贡献 348

14.7.4 噪声源校准的不确定性 349

14.7.5 冷温度不等于T0 349

14.7.6 线性性的失效：二极管检波器 349

14.8 混频器的特殊考虑 350

14.9 参考文献 351

14.10 附录两个粗略的目测方法 351

第15章 振荡器 353

15.1 引言 353

15.2 与纯线性振荡器关联的问题 353

15.3 描述函数 354

15.3.1 描述函数的一些例子 355

15.3.2 对于晶体管与真空管的一个通用描述函数 356

15.3.3 实例：COLPITTS（考尔匹茨）振荡器 358

15.3.4 COLPITTS设计细节 360

15.4 谐振器 367

15.5 调谐振荡器分类 370

15.5.1 基本LC反馈振荡器 370

15.5.2 晶体振荡器的集锦 372

15.5.3 其他的振荡器结构 373

15.6 负阻振荡器 373

15.7 总结 376

第16章 频率综合器 377

16.1 引言 377

16.2 锁相环（PLL）简史 377

16.3 线性化的锁相环模型 379

16.3.1 一阶PLL 380

16.3.2 二阶PLL 381

16.4 输入端噪声的PLL抑制 382

16.5 鉴相器 383

16.5.1 模拟信号乘法器作为鉴相器 383

16.5.2 可互换的乘法器作为鉴相器 384

16.5.3 异或门作为鉴相器 385

16.6 序列鉴相器 386

16.6.1 具有增宽输入范围的序列鉴相器 386

16.6.2 鉴相器与鉴频器的比较 387

16.7 环路滤波器与电荷泵 387

16.8 频率综合 392

16.8.1 分频器“延迟” 393

16.8.2 静态模量频率综合器 394

16.8.3 具有抖动分频比（dithered modulus）的频率综合器 395

16.8.4 合成频率综合器 397

16.8.5 直接数字频率综合 398

16.9 一个设计实例 399

16.10 总结 401

16.11 附录 一个价廉的锁相环PLL设计实验指南书 402

16.11.1 4046 CMOS PLL的特性 402

16.11.2 设计实例 404

16.11.3 小结 408

第17章 振荡器的相位噪声 409

17.1 引言 409

17.2 一般性考虑 410

17.3 更详细的讨论：相位噪声 412

17.4 线性度与时变在相位噪声中的作用 414

17.5 几个电路实例——LC振荡器 422

17.6 振幅响应 426

17.7 总结 427

17.8 附录 有关仿真的说明 427

第18章 相位噪声测量 429

18.1 引言 429

18.2 定义与基本测量方法 429

18.3 测量技术 431

18.3.1 基于锁相环的监相器技术 431

18.3.2 延迟线分辨器技术 433

18.3.3 谐振鉴别技术 434

18.4 误差来源 436

18.4.1 频谱分析仪方法 436

18.4.2 延迟线鉴别器 436

18.5 参考文献 437

第19章 采样示波器、频谱分析仪与探针 438

19.1 引言 438

19.2 示波器 438

19.2.1 “纯”模拟示波器 438

19.2.2 采样示波器 441

19.2.3 探针、补偿、噪声与接地 443

19.3 频谱分析仪 446

19.3.1 分辨度带宽与视频带宽的比较 447

19.3.2 跟踪振荡发生器 448

19.3.3 带有提醒性的附加说明 448

19.4 参考文献 449

第20章 射频功率放大器 450

20.1 引言 450

20.2 传统功率放大器拓扑结构 451

20.2.1 A类放大器 451

20.2.2 B类功率放大器 453

20.2.3 C类放大器 455

20.2.4 AB类放大器 457

20.2.5 D类放大器 457

20.2.6 E类放大器 458

20.2.7 F类放大器 460

20.3 功率放大器的调制 463

20.3.1 A类、AB类、B类、C类、E类及F类 463

20.3.2 线性化技术 466

20.3.3 效率提升技术 475

20.3.4 脉宽调制 477

20.3.5 其他技术 477

20.3.6 性能标准 480

20.4 其他设计考虑 483

20.4.1 附加功率效率 483

20.4.2 功率放大器的不稳定性 483

20.4.3 击穿现象 484

20.4.4 热失控 485

20.4.5 大信号的阻抗匹配 485

20.4.6 功率放大器的负载拉特性 486

20.4.7 负载拉等值线举例 487

20.5 总结 489

第21章 天线 490

21.1 引言 490

21.2 坡印廷（Poynting）定理、能量与导线 491

21.3 辐射的本质 492

21.4 天线特性 495

21.5 偶极子天线 497

21.5.1 辐射电阻 497

21.5.2 天线阻抗中的电抗分量 499

21.5.3 容性负载偶极子 500

21.5.4 感性负载偶极子 501

21.5.5 磁场环形天线 502

21.6 微带贴片天线 503

21.7 其他各种平面天线 512

21.8 总结 513

第22章 集总滤波器 514

22.1 引言 514

22.2 背景——一个简短的历史回顾 514

22.3 用传输线构成的滤波器 516

22.4 滤波器的分类与指标 525

22.5 通用滤波器近似 526

22.5.1 Butterworth滤波器 527

22.5.2 Chebyshev（等抖动或最小最大）滤波器 529

22.5.3 第二类（逆）Chebyshev滤波器 537

22.5.4 椭圆（考尔）滤波器 538

22.5.5 Bessel-Thomson最平坦延迟滤波器 542

22.6 附录A 网络综合 546

22.7 附录B 椭圆积分、函数与滤波器 552

22.7.1 为什么它们是“椭圆” 552

22.7.2 椭圆函数 554

22.7.3 椭圆函数的数值计算 555

22.7.4 有用的近似公式 557

22.8 附录C 通用低通滤波器的设计表 557

第23章 微带线滤波器 560

23.1 背景 560

23.2 从集总原型得到的分布式滤波器 560

23.2.1 步进阻抗滤波器 562

23.2.2 分支（stub）低通滤波器 563

23.2.3 椭圆、m导出式和逆Chebyshev低通滤波器 566

23.2.4 等比传输线滤波器 568

23.2.5 半波（凹角）“带通”滤波器 573

23.3 耦合谐振器带通滤波器 575

23.3.1 集总带通滤波器 575

23.3.2 能量耦合和模式分裂 585

23.3.3 微带线边缘耦合带通滤波器 589

23.4 实际的考虑 602

23.5 总结 603

23.6 附录 分布式谐振器的集总等效形式 603