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出版者:Artech House Publishers

作者:Hector J. De Los Santos

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2002-06-15

价格:USD 99.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781580533294

丛书系列:

图书标签:

• RF
• MEMS
• Desi
• RF MEMS
• 无线通信
• 微机电系统
• 电路设计
• 射频电路
• MEMS
• 无线系统
• 微电子
• 集成电路
• 通信工程

先进射频系统与器件设计原理 本书聚焦于现代通信系统对高性能射频前端日益增长的需求，深入探讨了从基础理论到前沿应用的完整设计流程。它旨在为射频工程师、微波电路设计师以及从事无线通信系统集成的专业人士提供一套严谨且实用的知识体系。 第一部分：射频与微波电路基础理论的重构 本部分为后续高级主题奠定坚实的理论基础，着重于对传统电磁场理论和传输线理论在现代高频应用中的深化理解与实际操作指导。 第一章：电磁波传播与传输线理论的现代诠释 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在非理想介质中的应用，重点分析了在高速、高频环境下，集总元件模型失效的原因及分布式元件模型的必要性。详细讲解了传输线理论，包括史密斯圆图的几何特性、阻抗匹配的几何意义，以及史密斯圆图在优化网络综合中的实际操作步骤。我们深入探讨了非理想传输线的损耗机制（介质损耗和导体损耗），并引入了准静态分析方法在超高速互连线设计中的应用。本章特别强调了 S 参数的物理意义，它如何从能量传输的角度描述器件的性能，并提供了从时域响应（如阶跃响应）反推频域特性的实用技巧。 第二章：有源器件的射频特性建模与非线性分析 本章超越了直流和低频模型，专注于半导体器件（如晶体管）在高频下的精确建模。针对双极性晶体管（BJT）和金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET），系统阐述了小信号高频模型（$h$ 参数和 $y$ 参数）的建立过程，并详细分析了寄生参数（如基极-发射极电容、栅极-漏极米勒电容）对器件高频性能的决定性影响。随后，本章转向非线性分析，引入了 Volterra 级数和奇异点分析法，用于预测功率放大器中的交调失真（IMD）和三阶截点（IP3）。内容还涵盖了噪声系数的定义、测量方法及其在级联放大器链中总噪声系数的计算（Friis 公式）。 第三章：无源器件的高频等效电路与集成技术 本章聚焦于电感器、电容器和电阻器在射频集成电路（RFIC）中的实际表现。传统上的理想元件在高频下表现出明显的寄生效应。我们详细分析了片上电感器（On-chip Inductors）的电感值、品质因数（$Q$ 值）的退化机制（包括衬底损耗和耦合损耗），并介绍了电感器布局优化技术。对于集成电容器，重点讨论了变容二极管（Varactor）的工作原理及其在可调谐电路中的应用。本章还引入了滤波器设计中的元件非理想性对通带平坦度和阻带衰减的影响，为后续的滤波器综合打下基础。 第二部分：关键射频模块的系统级设计与优化 本部分将理论知识应用于实际的射频子系统的设计，重点关注放大器、混频器和振荡器的性能指标与优化策略。 第四章：高性能低噪声放大器（LNA）的设计实践 LNA 是接收机链中的首要环节，其性能直接决定了系统的整体噪声系数和灵敏度。本章首先确立了最优噪声匹配（Noise Matching）与最大增益匹配（Gain Matching）之间的权衡关系。详细介绍了巴特沃兹（Butterworth）和切比雪夫（Chebyshev）响应在 LNA 设计中的应用，包括如何利用二阶有源滤波器结构实现宽带 LNA。重点讨论了晶体管的 $g_m$ 对噪声匹配的影响，并提供了基于先进半导体工艺的 LNA 布局指南，以最小化耦合和反馈。 第五章：功率放大器（PA）的效率与线性度协同设计 功率放大器是通信系统功耗和成本的主要贡献者。本章深入分析了效率和线性度的矛盾性。详细阐述了传统 A、AB、B、C 类放大器的效率极限和失真特性。随后，将焦点转向现代高效率技术：D 类和 E 类开关模式放大器（Switch-Mode Amplifiers）的拓扑结构、工作原理及谐波控制。对于线性化技术，本章提供了预失真（Predistortion）技术的系统性概述，包括基于记忆效应模型的数字预失真（DPD）的实现流程与性能评估。 第六章：混频器与频率合成器的关键性能指标 混频器是实现变频操作的核心组件。本章首先区分了上变频和下变频混频器的拓扑结构，包括单平衡、双平衡混频器。重点分析了混频器中的非理想效应，特别是本振（LO）泄漏、插入损耗、以及 LO-RF 隔离度。对于频率合成器，本章详述了锁相环（PLL）的结构，包括压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）和电荷泵（CP）的设计。特别关注了环路滤波器的设计，用以平衡锁定时间、相位噪声和抖动（Jitter）性能之间的关系。 第三部分：高频无源网络综合与集成技术挑战 本部分将设计视角从有源器件扩展到无源网络的设计与集成，这是实现高性能电路的关键技术壁垒。 第七章：宽带匹配网络与滤波器综合理论 本章系统地介绍了多端口网络综合，特别是巴鲁比（Balanis）方法和波导理论在无源网络设计中的应用。详细阐述了阻抗变换器的设计，包括蝴蝶结匹配（Butterfly Matching）和阶梯网络的设计准则。在滤波器设计方面，本章深入探讨了切比雪夫、椭圆函数（Elliptic）滤波器的设计原理，并重点讲解了原型滤波器到实际元件值的转换过程，以及如何利用耦合线结构（Coupled-Line Structures）实现紧凑型滤波器。 第八章：集成电路中的电磁（EM）仿真与布局验证 随着工艺节点的缩小，电磁耦合效应成为性能退化的主要原因。本章强调了全波电磁仿真在射频设计中的不可替代性。介绍了有限元法（FEM）、矩量法（MoM）等主流 EM 求解器的适用场景。详细讨论了版图设计中必须考虑的电磁效应，如交叉耦合、电感耦合和地弹（Ground Bounce）噪声。本章提供了针对 RFIC 和 MMIC 设计中，如何利用 EM 验证工具来优化过孔、包地线（Keep-out Area）和关键走线的实用流程。 第九章：系统级电磁兼容性（EMC）与信道建模 本章将电路设计提升到系统层面，讨论了射频系统的电磁兼容性问题。内容涵盖了如何通过合理的屏蔽、接地和滤波设计来避免电路模块间的干扰。引入了信道模型，特别是信道脉冲响应的分析方法，用于评估多径效应和瑞利衰落对通信性能的影响。最后，本章探讨了在多芯片模块（MCM）和系统级封装（SiP）中，如何管理不同功能模块（如数字基带和射频前端）之间的串扰问题，确保整个系统的稳定运行。 总结： 本书的编写遵循“从第一性原理出发，服务于系统需求”的原则，力求在理论深度和工程实践之间找到最佳的平衡点。通过对最新设计范式和关键技术瓶颈的剖析，本书旨在帮助读者构建一个全面、深入、且极具实操价值的射频与微波电路设计知识体系。

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坦白说，起初我对《RF MEMS Circuit Design for Wireless Communications》这本书的期待是比较保守的，因为MEMS技术对我来说相对陌生。然而，一旦翻开这本书，我就被它所展现出的深度和广度所震撼。作者并非简单地罗列技术，而是以一种非常系统化的方式，构建了一个从微观器件到宏观系统设计的完整知识体系。他深入探讨了RF MEMS器件的可靠性问题，这是许多新兴技术面临的普遍挑战，而作者提供的详细分析和应对策略，让我看到了这项技术走向实际应用的可行性。例如，关于接触疲劳、静电吸附和热应力等问题，书中都有详尽的论述和相应的改进设计建议。此外，书中对不同封装技术对RF MEMS器件性能影响的分析，也让我意识到，一个高性能的RF MEMS系统不仅仅依赖于核心器件的设计，更需要整体解决方案的支撑。这本书为我打开了通往RF MEMS世界的一扇大门，让我看到了这项技术在未来无线通信领域无限的可能性，也促使我去进一步探索其中的奥秘，思考它将如何影响未来的通信设备和网络。

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我一直对未来无线通信的发展方向充满好奇，而《RF MEMS Circuit Design for Wireless Communications》这本书无疑为我揭示了其中一个重要且令人兴奋的维度。作者以一种非常连贯且富有逻辑的方式，将RF MEMS技术如何革新现有的无线通信链路娓娓道来。从基础的物理学原理出发，逐步深入到具体的器件设计和电路集成，整个过程流畅且引人入胜。我尤其欣赏书中对“为什么选择RF MEMS”这一问题的深刻解答。作者清晰地阐述了RF MEMS相较于传统半导体器件在低损耗、高线性度、高隔离度以及低功耗等方面的优势，并详细分析了这些优势如何在实际通信系统中转化为性能的提升，例如更广的带宽、更高的接收灵敏度以及更低的能耗。书中对各种RF MEMS器件的建模和仿真技巧的介绍，也为我提供了一种新的分析工具和思维方式。虽然我不是一个器件设计专家，但这本书让我对RF MEMS在天线调谐、滤波器设计、功率放大器集成等方面的潜力有了宏观而深刻的认识，也为我思考未来的通信系统架构提供了全新的视角。

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这本书给我留下了深刻的印象，尽管我并不是MEMS领域的专家，但它成功地激发了我对射频微机电系统（RF MEMS）技术在无线通信领域应用的浓厚兴趣。作者深入浅出地介绍了RF MEMS器件的基本原理、设计方法以及它们如何为下一代无线通信系统带来革命性的变化。从电容开关到电感、谐振器，书中的每一个章节都像打开了一扇新世界的大门。我尤其欣赏作者在讲解复杂的物理概念和电磁场理论时所采用的类比和图示，这大大降低了理解门槛。例如，在解释MEMS开关的开关原理时，作者用日常生活中弹簧和杠杆的例子来类比，让我这个非专业人士也能迅速抓住核心思想。此外，书中关于器件制造工艺的介绍也让我大开眼界，了解到微纳加工的精妙之处，以及这些微小器件是如何在芯片上“生长”出来的。虽然我暂时还无法深入理解所有技术细节，但这本书无疑为我提供了一个坚实的起点，让我能够更自信地去探索RF MEMS的广阔天地，并开始思考它在5G、6G等未来通信技术中可能扮演的关键角色。对于任何想要了解RF MEMS如何在无线通信领域发挥作用的读者来说，这本书都是一份不可多得的入门指南。

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作为一名资深的射频工程师，我一直在寻找能够让我深入理解RF MEMS在实际无线通信系统中应用的宝贵资源。《RF MEMS Circuit Design for Wireless Communications》这本书正是满足了我这一需求。作者的专业知识和实践经验在这本书中得到了充分体现，他不仅详细阐述了RF MEMS器件的设计理论，更重要的是，将这些理论与实际的电路设计和系统应用紧密结合起来。书中对不同类型RF MEMS开关、调谐器和滤波器在微波和毫米波频率下的性能分析，以及它们在功放、接收机前端和天线切换等关键模块中的集成方法，都进行了细致入微的论述。我特别喜欢书中关于寄生效应、非线性行为和可靠性问题的讨论，这些都是在实际设计中必须面对的挑战，而作者给出的解决方案和设计考量具有极高的参考价值。书中的仿真结果和实验数据也为我的设计工作提供了有力的支撑。通过阅读这本书，我不仅对RF MEMS器件的设计有了更深的理解，更对如何将其有效地应用于高效率、高性能的无线通信系统有了更清晰的认识。这本书无疑是RF MEMS领域的一本力作，对于提升我的专业技能和创新能力有着重要的意义。

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在我看来，《RF MEMS Circuit Design for Wireless Communications》这本书不仅仅是一本技术手册，更像是一次引人入胜的学术旅程。作者以其深厚的专业功底和清晰的逻辑思维，将RF MEMS电路设计的复杂性化繁为简，让读者能够一步步地领略这项技术的魅力。我特别欣赏书中对“设计流程”的细致刻画，从最初的系统需求分析，到器件的电磁仿真、机械仿真，再到电路的集成和测试，每一个环节都被赋予了充分的关注。作者还花了大量篇幅介绍如何利用先进的EDA工具进行RF MEMS电路的设计和优化，这对于实践者来说无疑是极其宝贵的指导。书中对不同材料选择、工艺参数对器件性能影响的分析，也为我提供了在实际设计中进行权衡和取舍的依据。尽管书中的部分内容需要一定的专业背景才能完全理解，但作者始终保持着一种循循善诱的风格，确保即使是初学者也能从中获益。这本书为我提供了一个全面而深入的视角，让我能够更自信地参与到RF MEMS相关的工作中，并对未来无线通信的发展方向有了更清晰的规划。

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