ADS射频电路设计基础与典型应用(第2版) 黄玉兰 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

基本信息

书名：ADS射频电路设计基础与典型应用(第2版)

定价：79.0元

作者：黄玉兰

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2015-10-01

ISBN：9787115391759

字数：875000

页码：

版次：2

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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1.立足实践，重点介绍实际操作中遇到的普遍、典型问题。
　　2.深入讲解ADS工作界面、使用方法和设计仿真功能的方方面面。
　　3.与理论指导书《频电路理论与设计（第2版）》相辅相成。

内容提要

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目录

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作者介绍

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黄玉兰 研究领域：电磁场与无线技术、射频微波电路、射频识别技术、 、传感器技术、物联网等。 以前出版的教材： 书名《电磁场与微波技术（第2版）》 人民邮电出版社 出版时间 2012年 2万多册 书名《射频电路理论与设计（第2版）》 人民邮电出版社 出版时间 2014年 本书作者已经在人民邮电出版社出版10本书。

文摘

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序言

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ADS射频电路设计：原理、工具与实践 一、 射频电路设计的时代背景与重要性 信息时代瞬息万变，无线通信技术更是日新月异，从最初的模拟通信到如今覆盖全球的5G、6G网络，射频（RF）电路设计始终是支撑这一切发展的核心技术之一。无论是智能手机、卫星通信、雷达系统，还是物联网设备，都离不开对高频电磁波的精准处理。射频电路设计的重要性体现在其对信息传输效率、信号质量、系统性能以及功耗的直接影响。一个优秀的射频电路设计能够实现更远距离、更高速率、更低失真的无线通信，为用户带来更流畅、更可靠的无线体验。 随着通信技术的不断演进，对射频电路设计提出了更高的要求：更高的频率、更宽的带宽、更低的噪声、更小的尺寸以及更低的功耗。这使得射频电路设计成为一个集理论、实践、仿真与测试于一体的复杂工程领域，需要工程师们具备深厚的理论功底、熟练的EDA工具应用能力以及丰富的实际经验。 二、 射频电路设计的基础理论 深入理解射频电路设计，必须建立在扎实的理论基础之上。这些基础理论涵盖了电磁学、电路理论、微波工程等多个方面。 1. 电磁场与电磁波传播理论： 麦克斯韦方程组： 这是电磁学中最基本的定律，描述了电场和磁场如何相互作用并随时间和空间变化。理解麦克斯韦方程组是理解电磁波产生、传播和辐射的基础。 均匀传输线理论： 在高频电路中，导线的长度与信号波长相比不可忽略，此时导线不再能视为理想的集总元件，而需要用传输线理论来描述。这包括了电压和电流的传播、特性阻抗、电压驻波比（VSWR）、反射系数、插入损耗等关键参数。 史密斯圆图： 史密斯圆图是进行阻抗匹配、分析传输线特性的强大可视化工具。它能够将复杂的复数阻抗映射到圆图中，方便进行阻抗变换、匹配网络设计以及故障诊断。 2. 射频电路元件模型与参数： 集总元件模型的高频等效电路： 即使在高频下，一些小型元件（如电阻、电容、电感）仍可近似视为集总元件，但其在高频下会表现出寄生效应（如电感的寄生电容、电容的寄生电感），需要使用高频等效电路来更准确地描述其行为。 分布式元件模型： 对于高频电路中长度较大的导线、微带线、带状线等，需要采用分布式元件模型来分析，其特性由其长度、宽度、介质材料等参数决定。 S参数（散射参数）： S参数是描述射频电路在高频下输入输出端口之间功率传输和反射特性的参数。它比传统的Z参数、Y参数更适合在高频下进行测量和分析，尤其适用于多端口网络。理解S参数对于分析放大器、滤波器、耦合器等器件的性能至关重要。 3. 噪声与失真理论： 噪声系数（NF）： 噪声是影响射频系统性能的重要因素。噪声系数衡量了电路对输入信号噪声的放大程度。低噪声系数是许多射频接收机的关键指标。 失真（线性度）： 非线性器件会在信号中引入谐波和互调失真，降低信号质量。P1dB（1dB压缩点）、IP3（三阶交调截点）等是衡量器件线性度的重要指标。 4. 信号完整性（SI）与电源完整性（PI）： 信号完整性： 指的是信号在传输过程中保持其形状和时序的能力。在高频下，信号反射、串扰、损耗等都会导致信号失真，影响系统的正常工作。 电源完整性： 指的是电源网络能够为电路提供稳定、低噪声的直流电源的能力。在高频下，电源网络会表现出阻抗，可能导致电源电压波动，影响电路性能。 三、 ADS（Advanced Design System）射频电路设计流程与核心功能 ADS是Keysight Technologies（原Agilent Technologies）推出的一款业界领先的射频及微波电路设计自动化软件，广泛应用于射频、微波、高速数字以及通信系统设计。其强大的仿真功能、全面的库以及灵活的集成环境，极大地提高了射频电路设计的效率和准确性。 1. 原理图绘制与库管理： 原理图编辑器： ADS提供直观易用的原理图编辑器，用户可以通过拖拽的方式将各种射频元件（如S参数文件、晶体管模型、无源元件、电源、信号源等）放置在原理图上，并通过导线连接，构建电路。 元件库： ADS拥有丰富的元件库，包括标准元件库（电阻、电容、电感）、晶体管模型库（如S参数模型、SPICE模型）、射频器件库（如滤波器、耦合器、功率分配器、混频器、振荡器）、PCB/IC版图提取库等。用户还可以导入自定义的S参数文件、Touchstone文件等。 2. 仿真分析： S参数仿真（AC/Harmonic Balance）： 用于分析电路的线性响应，如增益、回波损耗、插入损耗、相位等。是放大器、滤波器等线性电路设计的关键。 瞬态仿真（Transient）： 用于分析电路的动态行为，观察信号在时域上的变化，如上升时间、下降时间、过冲、振铃等。适用于分析数字信号、开关电源等。 谐波平衡仿真（Harmonic Balance）： 专门用于分析非线性电路的稳态响应，如混频器、倍频器、压控振荡器（VCO）等。能够计算出基波和各次谐波的信号幅度、相位以及非线性效应。 噪声分析（Noise）： 用于计算电路的总噪声系数、输入输出噪声功率谱密度等，是评估接收机性能的关键。 瞬态噪声仿真（Transient Noise）： 结合了瞬态分析和噪声分析，用于分析非线性电路中的噪声行为。 瞬态交调分析（Transient Intermodulation）： 分析非线性电路中不同频率信号相互作用产生的互调失真。 粒子流仿真（Particle Flow）： 用于仿真微波和射频真空器件，如速调管、磁控管等。 电磁场仿真（EM Simulation）： ADS集成了强大的三维电磁场仿真器（如Momentum），能够对PCB走线、天线、连接器等进行全波电磁场分析，考虑寄生效应和耦合效应，用于精确设计分布式元件和天线。 3. 版图设计与后处理： 版图编辑器： ADS的版图编辑器支持IC和PCB设计，用户可以在此绘制电路的物理版图，并与原理图进行关联。 版图提取（Layout Extraction）： 从绘制的版图中提取出寄生参数（如互感、互容、串联电阻等），形成等效电路模型，用于更精确的仿真。 版图与原理图同步： ADS支持原理图与版图之间的双向关联，修改一方会自动更新另一方。 后处理与数据可视化： 仿真结果可以通过各种图表（如S参数图、时域波形图、功率谱密度图、星座图等）进行可视化展示，方便用户分析和优化设计。 4. 优化与参数扫描： 优化器： ADS提供了多种优化算法，可以根据预设的目标函数（如最大化增益、最小化噪声系数、达到特定阻抗匹配等），自动调整电路参数，以找到最优的设计方案。 参数扫描： 用户可以对电路中的一个或多个参数进行扫描，观察其对电路性能的影响，从而更好地理解设计空间的分布。 四、 典型射频电路应用分析 ADS在各种射频应用中发挥着关键作用，以下列举一些典型应用： 1. 低噪声放大器（LNA）设计： 关键挑战： LNA是接收机链中的第一级放大器，其噪声系数直接决定了整个接收机的灵敏度。同时，LNA需要与天线或前级匹配，以最大化接收功率并减小反射。 ADS应用： 使用S参数仿真来优化匹配网络，实现最优的输入匹配（如S11最小）。使用噪声分析来降低噪声系数。通过晶体管模型仿真，选择合适的器件并调整偏置点，实现低噪声和高增益的权衡。 2. 功率放大器（PA）设计： 关键挑战： PA需要提供足够的输出功率，同时保持高效率和良好的线性度，以避免信号失真。 ADS应用： 采用谐波平衡仿真来分析PA的非线性特性，优化输出匹配以获得最大输出功率和效率。通过P1dB和IP3等指标来评估和改善线性度。功率扫描可以用来分析不同输入功率下的输出特性。 3. 滤波器设计： 关键挑战： 滤波器需要根据应用需求（如频段、带宽、衰减特性）设计，抑制带外干扰，同时在通带内具有低损耗。 ADS应用： ADS提供了多种滤波器设计向导，可以基于Butterworth、Chebyshev、Elliptic等滤波器类型，根据技术指标自动生成滤波器电路。可以使用S参数仿真来验证滤波器的频率响应，并使用EM仿真来考虑分布式滤波器的寄生效应。 4. 混频器与频率合成器设计： 关键挑战： 混频器用于将信号搬移到不同的频率，是通信系统中不可或缺的组件。频率合成器则负责生成精确的本地振荡信号。 ADS应用： 谐波平衡仿真对于分析混频器的变频损耗、隔离度、互调失真至关重要。频率合成器的设计通常涉及锁相环（PLL）等复杂电路，ADS可以对其中的振荡器、分频器、鉴相器等进行仿真和集成设计。 5. PCB/IC射频电路与布线仿真： 关键挑战： 在PCB或IC上实现射频电路时，走线的长度、宽度、间距、过孔等都会产生寄生效应，影响电路性能。 ADS应用： 利用ADS的版图编辑器进行射频电路的物理布局，并使用Momentum等EM仿真器进行全波电磁场分析，提取寄生参数，优化布线，减小耦合和反射，确保信号完整性。 五、 结论 射频电路设计是一个充满挑战但也极具价值的领域。随着无线通信技术的飞速发展，对射频电路设计能力的需求将持续增长。ADS作为一款功能强大、应用广泛的射频设计软件，为工程师们提供了从理论仿真到实际实现的完整解决方案。通过深入学习和掌握ADS的核心功能，结合扎实的射频电路基础理论，工程师们能够更高效、更精确地设计出满足严苛要求的射频系统，为未来的无线通信技术发展贡献力量。掌握ADS不仅仅是学会一款工具，更是掌握一种先进的设计方法论，能够应对日益复杂的射频设计挑战。