Switchmode RF and Microwave Power Amplifiers, 2/e (Hardcover)
暫譯: 開關模式射頻與微波功率放大器(第二版)(精裝本)

Andrei Grebennikov, Nathan O. Sokal, Marc J Franco

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商品描述

Combining solid theoretical discussions with practical design examples, this book is an essential reference on developing RF and microwave switchmode power amplifiers.

* Unique focus on switchmode RF and microwave power amplifiers that are widely used in cellular/wireless, satellite and radar communication systems and which offer major power consumption savings.

* Complete coverage of the new Doherty architecture which offers major efficiencies and savings on power consumption

* Balances theory with practical implementatation, avoiding a cookbook approach, enabling engineers to develop better designs.

* Trusted content from leading figures in the field with a Foreword of endorsement by Zoya Popovic

With this book you will be able to:

* Design high-efficiency RF and microwave power amplifiers on different types of bipolar and field-effect transistors using well-known and novel theoretical approaches, nonlinear simulation tools, and practical design techniques

* Design any type of high-efficiency switchmode power amplifiers operating in Class D or E at lower frequencies and in Class E or F and their subclasses at microwave frequencies, with specified output power

* Understand the theory and practical implementation of load-network design techniques based on lumped and transmission-line elements

* Combine multi-stage Doherty architecture and switchmode power amplifiers to significantly increase efficiency of the entire radio transmitter

* Learn the different types of predistortion linearization techniques required to improve the quality of signal transmission in a nonlinear amplifying system

New to this edition:

‧ Comprehensive overview of different Doherty architectures which are, and will be used in modern communication systems to save power consumption and reduce costs

‧ A new chapter on analog and digital predistortion techniques

‧ Coverage of broadband Class-F power amplifiers, high-power inverse Class-F power amplifiers for WCDMA systems, broadband Class-E techniques

Table Of Contents

About the authors
Foreword
Preface
Acknowledgements
1. Power amplifier design principles
1.1. Spectral-domain analysis
1.2. Basic classes of operation: A, AB, B, C
1.3. Load line and output impedance
1.4. Classes of operation based upon finite number of harmonics
1.5. Active device models
1.5.1. LDMOSFETs
1.5.2. GaAs MESFETs and GaN HEMTs
1.5.3. Low- and high-voltage HBTs
1.6. High-frequency conduction angle
1.7. Nonlinear effect of collector capacitance
1.8. Push-pull power amplifiers
1.9. Power gain and impedance matching
1.10. Load-pull characterization
1.11. Amplifier stability
1.12. Parametric oscillations
1.13. Bias circuits
1.14. Distortion fundamentals
1.14.1. Linearity
1.14.2. Time variance
1.14.3. Memory
1.14.4. Distortion of electrical signals
1.14.5. Types of distortion
1.14.6. Nonlinearity distortion analysis for sinusoidal signals- measures of nonlinearity distortion
2. Class-D power amplifiers
2.1. Switchmode power amplifiers with resistive load
2.2. Complementary voltage-switching configuration
2.3. Transformer-coupled voltage-switching configuration
2.4. Transformer-coupled current-switching configuration
2.5. Symmetrical current-switching configuration
2.6. Voltage-switching configuration with reactive load
2.7. Drive and transition time
2.8. Practical Class-D power amplifier implementation
2.9. Class-D for digital pulse-modulation transmitters
3. Class-F power amplifiers
3.1. Biharmonic and polyharmonic operation modes
3.2. Idealized Class-F mode
3.3. Class-F with maximally flat waveforms
3.4. Class-F with quarterwave transmission line
3.5. Effect of saturation resistance and shunt capacitance
3.6. Load networks with lumped elements
3.7. Load networks with transmission lines
3.8. LDMOSFET power amplifier design examples
3.9. Broadband capability of Class-F power amplifiers
3.10. Practical Class-F power amplifiers and applications
4. Inverse Class F
4.1. Biharmonic and polyharmonic operation modes
4.2. Idealized inverse Class-F mode
4.3. Inverse Class-F with quarterwave transmission line
4.4. Load networks with lumped elements
4.5. Load networks with transmission lines
4.6. LDMOSFET power amplifier design example
4.7. Examples of practical implementation
4.8. Inverse Class-F GaN HEMT power amplifiers for WCDMA systems
5. Class E with shunt capacitance
5.1. Effect of detuned resonant circuit
5.2. Load network with shunt capacitor and series filter
5.3. Matching with standard load
5.4. Effect of saturation resistance
5.5. Driving signal and finite switching time
5.6. Effect of nonlinear shunt capacitance
5.7. Optimum, nominal, and off-nominal Class-E operation
5.8. Push-pull operation mode
5.9. Load networks with transmission lines
5.10. Practical Class-E power amplifiers and applications
6. Class E with finite dc-feed inductance
6.1. Class-E with one capacitor and one inductor
6.2. Generalized Class-E load network with finite dc-feed inductance
6.3. Sub-harmonic Class E
6.4. Parallel-circuit Class E
6.5. Even-harmonic Class E
6.6. Effect of bondwire inductance
6.7. Load network with transmission lines
6.8. Operation beyond maximum Class-E frequency
6.9. Power gain
6.10. CMOS Class-E power amplifiers
7. Class E with quarterwave transmission line
7.1. Load network with parallel quarterwave line
7.2. Optimum load-network parameters
7.3. Load network with zero series reactance
7.4. Matching circuit with lumped elements
7.5. Matching circuit with transmission lines
7.6. Load network with series quarterwave line and shunt filter
7.7. Design example: 10-W 2.14-GHz Class-E GaN HEMT power amplifier with parallel quarterwave transmission line
8. Broadband Class E
8.1. Reactance compensation technique
8.1.1. Load networks with lumped elements
8.1.2. Load networks with transmission lines
8.2. Broadband Class E with shunt capacitance
8.3. Broadband parallel-circuit Class E
8.4. High-power RF Class-E power amplifiers
8.5. Microwave monolithic Class-E power amplifiers
8.6. CMOS Class-E power amplifiers
9. Alternative and mixed-mode high-efficiency power amplifiers
9.1. Class-DE power amplifier
9.2. Class-FE power amplifiers
9.3. Class-E/F power amplifiers
9.3.1 Symmetrical push-pull configurations
9.3.2 Single-ended Class-E/F3 mode
9.4. Biharmonic Class-EM power amplifier
9.5. Inverse Class-E power amplifiers
9.6. Harmonic tuning using load-pull techniques
9.7. Chireix outphasing power amplifiers
10. High-efficiency Doherty power amplifiers
10.1. Historical aspect and conventional Doherty architecture
10.2. Carrier and peaking amplifiers with harmonic control
10.3. Balanced, push-pull, and dual Doherty amplifiers
10.4. Asymmetric Doherty amplifiers
10.5. Multistage Doherty amplifiers
10.6. Inverted Doherty amplifiers
10.7. Integration
10.8. Digitally driven Doherty amplifier
10.9. Multiband and broadband capability
11. Predistortion linearization techniques
11.1. Modeling of RF power amplifiers with memory
11.2. Predistortion linearization fundamentals
11.2.1. Introduction
11.2.2. Memoryless predistorter for octave-bandwidth amplifiers
11.2.3. Predistorter with memory for octave-bandwidth amplifiers
11.2.4. Postdistortion
11.3. Analog predistortion implementation
11.3.1. Introduction
11.3.2. Reflective predistorters
11.3.3. Transmissive predistorters
11.4. Digital predistortion implementation
11.4.1. Introduction
11.4.2. Principles of memoryless digital predistortion
11.4.3. Digital predistortion adaptation
11.4.4. Digital predistorter performance
12. Computer-aided design of switchmode power amplifiers
12.1. HB-PLUS program for half-bridge and full-bridge direct-coupled voltage-switching Class-D and Class-DE circuits
12.2. HEPA-PLUS CAD program for Class E
12.3. Effect of Class-E load-network parameter variations
12.4. HB-PLUS CAD examples for Class D and Class DE
12.5. HEPA-PLUS CAD example for Class E
12.6. Class-E power amplifier design using SPICE
12.7. ADS circuit simulator and its applicability to switchmode Class E
12.8. ADS CAD design example: high-efficiency two-stage 1.75-GHz MMIC HBT power amplifier
References

商品描述(中文翻譯)

結合扎實的理論討論與實際設計範例,本書是開發射頻(RF)和微波開關模式功率放大器的重要參考資料。

* 獨特聚焦於廣泛應用於行動/無線、衛星和雷達通信系統的開關模式RF和微波功率放大器,並提供顯著的功耗節省。

* 完整涵蓋新的Doherty架構,該架構提供了顯著的效率和功耗節省。

* 理論與實際實施之間取得平衡,避免了食譜式的方法,使工程師能夠開發出更好的設計。

* 來自該領域領先人物的可信內容,並由Zoya Popovic撰寫的前言作為背書。

透過本書,您將能夠:

* 設計高效率的RF和微波功率放大器,使用不同類型的雙極性和場效應晶體管,並運用知名和新穎的理論方法、非線性模擬工具和實際設計技術。

* 設計任何類型的高效率開關模式功率放大器,在較低頻率下運行於D類或E類,在微波頻率下運行於E類或F類及其子類,並具體指定輸出功率。

* 理解基於集中元件和傳輸線元件的負載網路設計技術的理論和實際實施。

* 結合多級Doherty架構和開關模式功率放大器,顯著提高整個無線發射器的效率。

* 學習改善非線性放大系統中信號傳輸質量所需的不同預失真線性化技術。

本版新內容:

‧ 對不同Doherty架構的全面概述,這些架構在現代通信系統中被使用並將被使用,以節省功耗和降低成本。

‧ 新增有關類比和數位預失真技術的章節。

‧ 涵蓋寬頻Class-F功率放大器、高功率反向Class-F功率放大器用於WCDMA系統、寬頻Class-E技術。

目錄

關於作者
前言
序言
致謝
1. 功率放大器設計原則
1.1. 頻譜域分析
1.2. 基本操作類別:A、AB、B、C
1.3. 負載線和輸出阻抗
1.4. 基於有限次諧波的操作類別
1.5. 主動元件模型
1.5.1. LDMOSFET
1.5.2. GaAs MESFET和GaN HEMT
1.5.3. 低壓和高壓HBT
1.6. 高頻導通角
1.7. 集電極電容的非線性效應
1.8. 推挽功率放大器
1.9. 功率增益和阻抗匹配
1.10. 負載拉動特性
1.11. 放大器穩定性
1.12. 參數振盪
1.13. 偏置電路
1.14. 失真基本原理
1.14.1. 線性度
1.14.2. 時間變化
1.14.3. 記憶
1.14.4. 電信號的失真
1.14.5. 失真的類型
1.14.6. 正弦信號的非線性失真分析 - 非線性失真的度量
2. D類功率放大器
2.1. 具有電阻負載的開關模式功率放大器
2.2. 互補電壓開關配置
2.3. 變壓器耦合的電壓開關配置
2.4. 變壓器耦合的電流開關配置
2.5. 對稱電流開關配置
2.6. 具有反應負載的電壓開關配置
2.7. 驅動和過渡時間
2.8. 實際D類功率放大器實施
2.9. 用於數位脈衝調變發射器的D類
3. F類功率放大器
3.1. 雙諧波和多諧波操作模式
3.2. 理想化的F類模式
3.3. 具有最大平坦波形的F類
3.4. 具有四分之一波長傳輸線的F類
3.5. 飽和電阻和並聯電容的影響
3.6. 具有集中元件的負載網路
3.7. 具有傳輸線的負載網路
3.8. LDMOSFET功率放大器設計範例
3.9. F類功率放大器的寬頻能力
3.10. 實際F類功率放大器及其應用
4. 反向F類
4.1. 雙諧波和多諧波操作模式
4.2. 理想化的反向F類模式
4.3. 具有四分之一波長傳輸線的反向F類
4.4. 具有集中元件的負載網路
4.5. 具有傳輸線的負載網路
4.6. LDMOSFET功率放大器設計範例
4.7. 實際實施範例
4.8. 用於WCDMA系統的反向F類GaN HEMT功率放大器
5. 具有並聯電容的E類
5.1. 去調諧共振電路的影響
5.2. 具有並聯電容和串聯濾波器的負載網路
5.3. 與標準負載的匹配
5.4. 飽和電阻的影響
5.5. 驅動信號和有限開關時間
5.6. 非線性並聯電容的影響
5.7. 最佳、標稱和非標稱E類操作
5.8. 推挽操作模式
5.9. 具有傳輸線的負載網路
5.10. 實際E類功率放大器及其應用
6. 具有有限直流供電電感的E類
6.1. 具有一個電容和一個電感的E類
6.2. 具有有限直流供電電感的廣義E類負載網路
6.3. 子諧波E類
6.4. 並聯電路E類
6.5. 偶次諧波E類
6.6. 鍵合線電感的影響
6.7. 具有傳輸線的負載網路
6.8. 超過最大E類頻率的操作
6.9. 功率增益
6.10. CMOS E類功率放大器
7. 具有四分之一波長傳輸線的E類
7.1. 具有並聯四分之一波長線的負載網路
7.2. 最佳負載網路參數
7.3. 具有零串聯反應的負載網路
7.4. 具有集中元件的匹配電路
7.5. 具有傳輸線的匹配電路
7.6. 具有串聯四分之一波長線和並聯濾波器的負載網路
7.7. 設計範例:10-W 2.14-GHz E類GaN HEMT功率放大器,具有並聯四分之一波長傳輸線
8. 寬頻E類
8.1. 反應補償技術
8.1.1. 具有集中元件的負載網路
8.1.2. 具有傳輸線的負載網路
8.2. 具有並聯電容的寬頻E類
8.3. 寬頻並聯電路E類
8.4. 高功率RF E類功率放大器
8.5. 微波單片E類功率放大器
8.6. CMOS E類功率放大器
9. 替代和混合模式高效率功率放大器
9.1. Class-DE功率放大器
9.2. Class-FE功率放大器
9.3. Class-E/F功率放大器
9.3.1 對稱推挽配置
9.3.2 單端Class-E/F3模式
9.4. 雙諧波Class-EM功率放大器
9.5. 反向Class-E功率放大器
9.6. 使用負載拉動技術的諧波調諧
9.7. Chireix相位補償功率放大器
10. 高效率Doherty功率放大器
10.1. 歷史背景和傳統Doherty架構
10.2. 具有諧波控制的載波和峰值放大器
10.3. 平衡、推挽和雙Doherty放大器
10.4. 非對稱Doherty放大器
10.5. 多級Doherty放大器
10.6. 反向Doherty放大器
10.7. 整合
10.8. 數位驅動的Doherty放大器
10.9. 多頻帶和寬頻能力
11. 預失真線性化技術
11.1. 具有記憶的RF功率放大器建模
11.2. 預失真線性化基本原理
11.2.1. 介紹
11.2.2. 用於八度帶寬放大器的無記憶預失真器
11.2.3. 用於八度帶寬放大器的具有記憶的預失真器
11.2.4. 後失真
11.3. 類比預失真實施
11.3.1. 介紹
11.3.2. 反射式預失真器
11.3.3. 傳輸式預失真器
11.4. 數位預失真實施
11.4.1. 介紹
11.4.2. 無記憶數位預失真的原理
11.4.3. 數位預失真適應
11.4.4. 數位預失真器性能
12. 開關模式功率放大器的計算機輔助設計
12.1. 用於半橋和全橋直接耦合電壓開關D類和DE類電路的HB-PLUS程式
12.2. 用於E類的HEPA-PLUS CAD程式
12.3. E類負載網路參數變化的影響
12.4. D類和DE類的HB-PLUS CAD範例
12.5. E類的HEPA-PLUS CAD範例
12.6. 使用SPICE設計E類功率放大器
12.7. ADS電路模擬器及其在開關模式E類中的適用性
12.8. ADS CAD設計範例:高效率雙級1.75-GHz MMIC HBT功率放大器
參考文獻