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出版者:

作者:魏智

出品人:

页数:662

译者:

出版时间:2009-6

价格:88.00元

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isbn号码:9787121088322

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现代通信系统中的高效能发射系统设计与优化 内容概要： 本书深入探讨了现代通信系统中发射机设计所面临的关键挑战与前沿技术。全书围绕如何实现高效率、高线性度、宽带宽的射频前端设计展开，旨在为射频工程师、通信系统架构师及相关领域的科研人员提供一套全面的理论指导与实用的工程实践方法。本书结构严谨，从基础的电磁波传播理论和通信原理出发，逐步深入到功率放大器（PA）的非线性特性分析、数字预失真（DPD）技术、电源管理集成电路（PMIC）在射频链路中的应用，以及下一代通信标准（如5G/6G）对发射机性能提出的严苛要求。 第一部分：基础理论与系统架构 第一章：通信链路的物理基础与挑战 本章首先回顾了射频信号的产生、传输与接收的基本物理学原理，重点分析了在实际无线信道中，信号会遭遇的各种失真与损耗机制，包括多径效应、频率选择性衰落以及噪声干扰。详细阐述了发射机在整个通信链路中所处的核心地位，并引入了现代通信系统对发射机性能的核心指标要求：功率效率、频谱回退（Spectral Regrowth）和误差向量幅度（EVM）。强调了在追求高数据速率的同时，如何平衡功耗与线性度之间的固有矛盾。 第二章：现代调制技术对发射机的要求 详细剖析了正交幅度调制（QAM）、正交频分复用（OFDM）以及波束赋形技术在现代蜂窝通信和卫星通信中的应用。阐述了高阶QAM（如256QAM、1024QAM）如何显著提高频谱效率，但同时也对发射机的线性度提出了前所未有的挑战。重点讨论了OFDM信号的瞬时峰均功率比（PAPR）问题，以及该问题如何直接影响功率放大器的偏置点选择和效率优化策略。 第二章末尾 对当前主流的发射机架构，如直接变频（Direct Conversion）和基于整数/分数N分频锁相环（PLL）的频率合成器进行了对比分析，评估了它们在相位噪声、杂散抑制和快速频率切换方面的优缺点。 第二部分：核心元件设计与优化 第三章：高效率功率放大器（PA）设计精要 功率放大器是发射机中功耗最大、发热最集中的组件。本章将火力集中于PA的设计优化。首先，系统性地介绍了各种工作模式，包括A类、AB类、B类、C类以及D/E/F类高效率模式。随后，深入探讨了基于半导体材料（如GaAs、GaN和SiGe）的PA器件特性，分析了它们在高频、高功率密度应用中的适用性。 重点内容： 详细讲解了晶体管的非线性建模方法，包括Volterra级数和行为模型。针对 Doherty 架构和载波聚合（Carrier Aggregation）场景下的多载波PA设计，提供了具体的电路拓扑选择和匹配网络设计指南，旨在最大化效率同时维持所需的带内线性度。 第四章：频率合成与本地振荡（LO）设计 本地振荡源的性能直接决定了发射信号的相位噪声和频率精度。本章深入研究了压控振荡器（VCO）、PLL的环路滤波设计及其对输出频谱纯净度的影响。着重分析了如何通过优化PLL的环路带宽、积分器设计和电荷泵电流，以最小化功耗并抑制调制信号带宽内的相位噪声。本章还涵盖了宽带频率合成器中频率规划的复杂性，以及如何有效隔离数字电路对模拟部分的噪声耦合。 第五章：混频器与上变频级 本章侧重于信号的频率上变频过程。详细分析了平衡混频器（Balanced Mixer）和单端混频器的性能参数，特别是三阶交调点（IP3）和转换损耗。探讨了如何通过优化LO驱动功率和隔离度，来改善混频器在多频带操作下的性能一致性。此外，还讨论了针对宽带应用中的镜频抑制技术和寄生通道的抑制策略。 第三部分：线性化技术与系统集成 第六章：数字预失真（DPD）技术原理与实现 随着高阶调制的使用，PA的非线性失真必须被有效校正。本章是全书的理论高潮之一，系统阐述了DPD的原理。从建模非线性失真（如记忆效应和静态失真）入手，介绍了基于查找表（LUT）、Volterra级数模型和行为模型（如Wiener/Hammerstein结构）的DPD算法。 实践环节： 提供了如何根据实际测量数据（如S参数和非线性测量）来辨识和适配DPD模型的详细流程，并讨论了实时系统（FPGA/DSP）中DPD算法的计算复杂度与收敛速度的权衡。 第七章：射频前端的集成化与电磁兼容（EMC） 现代发射机越来越倾向于高度集成。本章讨论了将PA、滤波器、开关和天线匹配网络集成到单个模块或芯片上的挑战。重点分析了封装技术、基板材料选择对射频性能的影响，并深入探讨了电磁兼容性设计原则，包括噪声源的识别、去耦策略的优化以及跨导线串扰的抑制技术，确保高功率信号的可靠隔离。 第八章：电源管理与热管理 高效率发射机设计离不开高效的电源供应。本章探讨了电源效率与射频性能（特别是纹波对EVM的影响）之间的复杂关系。详细介绍了高效率DC-DC转换器在射频供电中的应用，以及如何通过电源注入抑制（Power Supply Rejection Ratio, PSRR）优化来提升系统的整体抗干扰能力。同时，分析了多核SoC和射频模块的散热设计，确保PA在长期高功率输出下的热稳定性。 结论与展望： 本书最后总结了当前发射机设计领域的前沿趋势，包括基于AI辅助的自适应功率控制、超宽带（UWB）发射器的设计挑战，以及面向太赫兹通信链路的材料与器件探索。本书旨在为读者构建一个从基础理论到尖端实践的完整知识体系，以应对未来无线通信对发射机性能的持续升级要求。

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这本书所蕴含的工程智慧，是时间沉淀下来的结晶，绝非一朝一夕可以速成。它不仅仅是一本关于“如何做”的指南，更是一本关于“如何思考”的教科书。作者在书中反复强调迭代优化和不确定性管理的重要性。在谈到最终的调试和验收环节时，他提供了一套非常严谨的测试和验证框架，不仅仅关注指标是否达标，更关注系统在不同环境压力下的长期可靠性。例如，对脉冲的抖动（Jitter）分析，书中不仅给出了传统的时间域测量方法，还引入了频域分析工具来诊断抖动的根本来源，是电源噪声、地线阻抗还是时钟源不稳定。这种多维度、多角度的分析视角，迫使读者必须从更宏观和更基础的物理层面去理解问题。对于那些希望在脉冲功率领域做出真正创新和突破的年轻工程师而言，这本书无疑提供了一个坚实可靠的基石，它教会的不是具体的电路图，而是一套应对复杂高压脉冲挑战的思维范式。阅读完后，我感觉自己对高压脉冲技术的理解，已经从一个操作者提升到了一个架构师的层次。

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阅读体验上，这本书的排版和图表质量给我留下了深刻的印象。在处理涉及到复杂时域和频域特性的内容时，清晰的图形至关重要，而这本书在这方面做得无可挑剔。那些示波器捕获的波形图，不仅清晰地展示了理想状态下的方波，更难得的是，还配有大量的“非理想”波形——比如由于振铃、过冲或拖尾效应导致的失真图。作者总是能通过对比这些失真图，精确地指出问题出在哪里，并给出相应的波形整形或布局优化建议。这比单纯的文字描述要直观有效得多。另外，书中穿插的“案例剖析”环节也非常精彩。它们并非虚构的例子，而是基于作者实际项目中的经验教训。比如，某次在测试中发现脉冲上升沿不稳定，通过追溯发现是由于某个看似无关紧要的旁路电容值选择不当导致的共振。这种真实的“踩坑”记录，对于读者避免未来在自己的设计中犯下同样的错误，具有不可估量的价值。这种将设计中的“陷阱”公开讨论的做法，充分体现了作者开放且严谨的治学态度。

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这本书的封面设计着实抓人眼球，那深邃的蓝色背景上点缀着电路板的微光，仿佛真的能感受到高压脉冲的能量在其中涌动。我原本以为这是一本枯燥的技术手册，但翻开之后才发现，作者的叙事方式非常引人入胜。它不仅仅是罗列公式和参数，更像是在讲述一个从零开始构建复杂系统的史诗。特别是前几章对理论基础的梳理，那位作者似乎有一种魔力，能把那些晦涩难懂的电磁场理论和半导体物理，用非常直观的类比方式呈现出来。我记得有一个章节专门讨论了脉冲形成网络的设计，作者没有直接抛出最终公式，而是通过模拟一个想象中的水流系统来解释阻抗匹配和瞬态响应，这种教学上的匠心独运，极大地降低了初学者的门槛。对于我这种更偏向于工程应用而非纯理论研究的人来说，这种将底层原理与实际操作紧密结合的写作手法，无疑是极大的福音。阅读过程中，我时常会停下来，不是因为看不懂，而是因为被作者精妙的解释所折服，需要时间来消化和回味那种豁然开朗的感觉。这本书的结构安排也十分合理，从系统需求分析到具体模块实现，再到最终的调试验证，每一步都像是一张精心绘制的蓝图，引导着读者稳步前行。

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这本书的深度远超出了我对“设计与实践”类书籍的传统认知。它不像市面上很多快餐式的指南，只教你如何照猫画虎地搭建一个电路，而是深入探讨了背后的物理限制和工程权衡。举例来说，在讨论高压开关器件选型的那一节，作者并没有简单推荐某几款商用MOSFET或IGBT，而是花费了大量的篇幅去分析不同材料体系（如SiC和GaN）在高频、大电流脉冲下的击穿机制、热管理挑战以及寄生参数的影响。这种对“为什么”的深挖，让我深刻理解了为什么在实际工程中，一个看似简单的设计决策背后，可能涉及到数以百计的仿真迭代和材料科学的考量。特别是关于辐射抑制和电磁兼容性（EMC）的部分，处理得尤为细致。作者提供了一套系统的、可复制的分析流程，而不是仅仅罗列了几条经验法则。我特别欣赏他用一套标准化的测试流程来验证设计的鲁棒性，这体现了作者在实际项目中积累的丰富经验，让这本书的参考价值提升到了一个专业标准的高度。对于希望将脉冲功率技术应用于雷达、加速器或高能物理实验的工程师而言，这本书提供的理论深度和工程实操的结合点，堪称典范。

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这本书的实用性体现在它对整个设计流程的覆盖面上，从概念设计到最后的系统集成，几乎没有留下明显的知识盲区。我尤其欣赏它对“系统级”思维的强调。很多初级的教材往往只关注单个模块（比如高压电源或脉冲形成器）的设计，但高压脉冲系统是一个复杂的集成体，模块之间的相互影响是决定成败的关键。这本书详尽地阐述了如何进行跨模块的接口定义、时序同步以及能量回馈机制的设计。例如，在讨论高频触发电路时，作者不仅给出了驱动级的设计，还深入探讨了如何确保触发信号在传输到主开关时，其时延的一致性，以及如何补偿由传输线效应引起的时间漂移。这种系统层面的关注，对于那些需要设计大型、多通道脉冲系统的读者来说，是极其宝贵的财富。它教会我们，一个高性能的发射机，其成功不仅仅依赖于单个组件的优越性，更在于所有组件之间协同工作的默契程度。这种整体观的培养，是这本书远超一般技术手册的价值所在。

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