前言
本書在第1版的基礎上又豐富了相當多的內容。新的的容貫穿全書,詳細講述了散射參數技術。另外還包括放大器和振蕩器的設計流程。根據廣大讀者的建議,對于第1版習題中出現的一些關系式,都做了詳細的推導。書中無論修訂之處還是添加的新內容,都盡可能做到銜接自然,行文流暢。本書還增加了許多新的例題和習題。
本書的主要宗旨仍是充分體現運用散射參數技術,分析和設計微波晶體管放大器的處理方法,微波頻率這一術語,是指那些波長只有厘米( l-lOem)數量級的頻率。然而,本書中所闡述的設計流程與分析方法,決不僅限于微波頻段。實際上,只要能了解晶體管在該段內的散射參數,這些方法可應用于任何頻段。
這本書可作為微波晶件管放大器和振蕩器專業的高年級學生和研究生教材,也可作為微波領域工程師的參考書。本書假定讀者己完成大學網紹理論、電子學和電磁場理論課程,或同類課程的學習。在本書中,傳輸線理論貫穿全書始終,尤其是將Smith園圖作為設計工具。
用于微波放大器和振蕩器的主要晶體管是硅雙極晶體管(BJT)和砷化鎵金屬氧化物半導體場效應管(GaAs MESFET)。高電子遷移率的晶體管(HEMT)也在討論之列。BJT的性能良好,頻率可高達4GHz。在這一頻段中, BJT性能可靠、價格低廉、增益高, 且噪聲系數低。GaAs MESFET在4GHz以上頻率中性能優于BJT,在低于4GHz也同樣有很低的噪聲系數。
微波晶體管常常習慣于用二端口網絡來表述,并以散射參數描述其性能。散射參數是公認的參數系列,應為他們容易用現代網絡分析儀測量出來,在微波晶體管放大器的設計中概念簡單,而且能提供十分有益于設計的信息。另外,流圖定理也十分適用。
第1-4章闡述微波晶體管放大器分析與設計的基本原理和技術。這幾章為設計一個良好的微波晶體管放大器奠定了基礎。第1章首先全面回顧傳輸線的概念。1.3節“傳輸線的概念”給出正弦激勵下傳輸線理論的綜合表述。新添的1.6節“散射參數的特性”描述了功率波和散射參數的概念,討論了散射參數的測量問題。此外還修訂和更新了有關微波晶體管性能量述的內容。
第2章從討論Smith圓圖開始。分析了用集總參數元件和傳輸線在Smith圓圖上進行匹配網絡設計的方法。詳細研究了兩元件和三元件的匹配網絡。同時也包括了各種微帶線匹配的架構。在說明功率關系的這一節中,直接由入射波和反射波來推導功率之間的關系,同時運用流向圖得到功率增益的推導。這一章還給出由散射參數構成的功率增益表達式,得到駐波比VSWR和失配系數的計算。
第3章涉及微波晶體管放大器的設計。詳細論證穩定性的條件,闡述設計過程。其中包括傳輸功率增益、工作功率增益和可用功率增益。導出單向器件和雙向器件的增益圓。3.8節“等駐波比VSWR圓”涉及駐波比VSWR與增益之間的相互協調。本章最后討論直流偏置網絡的選擇和設計。
第4章討論低噪聲放大器的問題,以及低噪聲工作、增益和VSWR之間的關系。新增加了有關寬帶放大器、平衡放大器、定向耦合器和反饋放大器的設計內容。功率放大器這一節做了有意義的擴充。
第5章討論振蕩器。基本上是用一個放大器配以適當的反饋量構成振蕩器。例如,采用BJT、GaAs FET、介質諧振腔(DR)以及變容二極管構成的振動器等。
第2版還增補了一些新的附錄。例如:附錄A討論圓圖方程、雙線變換以及變換特征圓。附錄B中提供了穩定條件的證明。附錄B中闡述輸入和輸出的等VSWR圓。附錄K討論噪聲的概念,附錄L則說明二端口網絡噪聲系數關系的推導。
習題的數量已大大增加。這些習題與書中的內容有機的地結合成整體,即使不去求解每道習題,也應該閱讀一下。本書中的許多設計和計算往往可以利用簡單的計算機輔助設計(CAD)程序或者可編程計算器來完成。針對本書第1版中給出UM-MAAD(University of Miami Microwave Amplifiers Analysis and Design,邁阿密大學微波放大器分析與設計)的程序清單,作者還提供了最新的UM-MAAD程序版本,可寄給你,只要按照后面列出的地址寄出一個3.5的軟件、郵票和注明自己地址的信封即可。該CAD程序是用FORTRAN-77編寫的,應用十分方便。
為力求全書的完整性,有些設計實例采用了大規模CAD程序計算,該程序在附錄N“計算機輔助設計”給出。這些實例顯示大規CAD程序可以完成一些仿真和優化。在解決這些問題的過程中,能充分領會采用大規模CAD技術的重要意義。否則,一般人中難免出現計算錯誤,或者計算效率低,大大增加了設計成本。附錄N“計算機輔助設計”所采用的大規模CAD程序是惠普公司(Hewlett-packard)的HP8515OB微波和射頻(RF)設計系統,稱為HP_MDS程序。惠普公司1990念將該程序的拷貝捐贈邁阿密大學,用于教學和研究。
我的許多學生和第1版的讀者為本書提供了大量的資料。我衷心感謝我以前的所有學生,他們給于我許多有益的建議,尤真是Branko A vanie, William Sanfiel, Deniz Ergenenr,ChingY. Kung, Clandio J Traslavina, Levent Y, Erbara, Augsto E. Rodriguez. Edgar Duque. Sergio Bustanmantc等人無價的建議和建設性的批評。
第2版的書稿,由Olando Sosa,Ramon Ponce和Mahes M. Ekanayake仔細校閱。BrankoAvanic博士提供了大量的資料,并為習題的求解做出非常有意義的貢獻。我的朋左和同事 Kamal Premaratne博士對第1版和第2版都提出過意見和建議,尤其是第5章。
這幾年來,我還受到許多同事的支持和鼓勵,他們是Tzay Young教授、Reuven Lask教授、Kamal Yacoub教授、Manuel A. Huerta教授和Tames C. Nearing教授。
我還想對Les Bes博士表達特殊的感謝, 1970年,他首次向我介紹了用于做微波晶體管放大器設計的CAD的方法。這些年來,他一直在激發我的靈感,并引導我沿著CAD的途徑去解決電路設計問題。Besser博士在微波電子領域還做了大量促進教學的工作。他講授了多種精彩的教程(Besser Associates, 4600EI CaminoReal#210,Los Altos, CA 94022),這些課程在微波工業界己是頗受歡迎!井且評價很高。
最后,在深深地感激我的妻子Pat,我的孩子Donna和Alex,以及過世的父母Ricardo和I Raquel,以及過世的父母Ricardo和Raquel,感謝他們的愛、鼓勵和關懷。
Guillermo Gonzalez Ph.D
University of Miami Engineering
Department of Electrical and Computer
Coral Gables,Florida 33124
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