前言

在无线通信、雷达探测、卫星通信、5G/6G 通信系统等现代电子技术领域，射频微波电路作为核心组成部分，其设计水平直接决定了整个系统的性能上限。从智能手机的无线通信模块到空天探测的雷达系统，从卫星导航的信号收发单元到工业物联网的无线传感器，射频微波技术的应用已渗透到国民经济和国防建设的各个关键领域。随着技术的快速迭代，对射频电路设计的精度、效率和可靠性提出了更高要求，既需要扎实的理论功底支撑设计逻辑，精准把握高频信号的传输规律与电路元件的高频特性；也需要熟练的仿真工具应用能力保障设计落地，快速验证设计方案的可行性并优化参数；更需要理论与实践的深度融合，解决实际工程中遇到的阻抗匹配、噪声抑制、稳定性优化等核心问题。基于上述应用需求，我们编写了《射频电路设计理论与 AWR 仿真实践》一书，旨在为读者搭建一座从理论到实践的桥梁，助力其快速掌握射频电路设计的核心能力。

本书的编写遵循理论与仿真结合的原则，在内容编排上兼顾系统性与实用性，既注重知识体系的完整性，又强调工程实践的可操作性。在理论部分，我们摒弃了过于晦涩的纯数学推导，重点突出核心概念的物理本质与工程意义。从传输线的高频特性、趋肤效应等基础内容出发，层层递进讲解传输线理论、史密斯圆图应用、微波网络理论、滤波器设计、匹配网络设计以及射频晶体管放大器设计等关键技术，形成一套较为完整的知识体系。每个理论知识点均配套清晰的原理阐释和公式推导，同时结合实际工程场景说明其应用场景与设计要点，确保读者能够建立清晰的知识框架，理解 ;为什么这么设计 而非单纯记忆公式。在实践部分，我们以行业常用的 NI AWR Design Environment 仿真软件为核心工具，将每个理论知识点与具体仿真操作绑定，读者可直接跟随练习，快速掌握用仿真工具验证设计思路、优化电路参数的方法，提升工程实践能力。需要特别说明的是，通常电阻元件与电感元件的标准符号分别为 ;? 与 ;??，在本书中，为了与 AWR 软件中的模型符号相匹配，电路模型中电阻元件与电感元件的符号分别表示为 ;?? 与 ;infin;infin;。

全书共 7 章，结构安排循序渐进、层层深入。第 1 章聚焦高频电路基础元件特性，围绕传输线高频特性与趋肤效应，剖析电阻、电感、电容的高频特性及寄生效应，阐明元件性能偏离理想状态的本质。第 2 章介绍多种传输线实例及分布参数计算，推导电压波、电流波传输规律及特性阻抗、反射系数等关键参数，分析终端负载特性与半波长重复性、1/4 波长阻抗变换性等核心应用，探讨传输线功率问题，为阻抗分析与匹配设计提供理论依据。第 3 章系统讲解史密斯圆图的原理与应用，推导等电阻圆、等电抗圆构成逻辑，介绍阻抗变换、等效电抗元件设计、导纳变换等实操方法。第 4 章将射频电路抽象为网络模型，介绍几种网络参数的定义、特性及转换方法，重点突出 S 参数在网络分析中的优势。第 5 章围绕滤波器展开讲解，介绍四种滤波器类型及关键技术参数，详解巴特沃斯、切比雪夫等原型滤波器设计与反归一化过程，阐述集总、分布及混合结构滤波器的实现技巧。第 6 章专注阻抗匹配设计，从 L 型集总参数匹配网络入手，拓展至 T 型、Pi; 型匹配网络，讲解其设计方法、匹配禁区及频率响应，最后讲解高频场景下的微带线匹配网络。第 7 章聚焦放大器稳定设计与性能优化，分析稳定性判别方法及稳定措施，详细介绍恒定增益设计、噪声系数优化、等驻波系数圆应用等要点，结合晶体管参数完成放大器完整设计流程。

本书由史浩洋策划与统稿，并撰写了第 1 章～第 4 章内容，张旭春撰写了第 5 章内容，第 6 章与第 7 章内容分别由黄琳与王坤撰写。感谢学术之路不同阶段培养我的各位老师，限于本书作者的水平有限，书中不足之处在所难免，恳请读者批评指正。

作者

2025 年 12 月?西安

《射频电路设计理论与 AWR 仿真实践》是一本聚焦射频微波电路设计核心知识与工程实践的专业书籍，兼顾理论深度与实操指导性。全书以射频电路设计的核心逻辑为主线，从基础元件的高频特性入手，逐步深入传输线理论、史密斯圆图应用、微波网络理论、射频滤波器设计、匹配网络设计，最终落脚于射频晶体管放大器设计，形成一套较为完整的知识体系。

书中将大量设计案例与 AWR 仿真软件相结合，涵盖理论分析、电路搭建、参数设置、结果分析等全流程，帮助读者快速掌握仿真验证理论的实用方法。本书可作为相关专业高等院校的本科生和研究生以及工程技术人员的参考用书。

目录

AWR 软件简介及常用操作

第 1 章 引言

1.1 导线的高频特性

1.2 高频电阻

1.3 高频电感

1.4 高频电容

1.5 小结

第 2 章 传输线理论

2.1 传输线理论实质

2.2 传输线实例

2.2.1 双线传输线

2.2.2 同轴传输线

2.2.3 微带传输线

2.2.4 常见传输线的分布参数

2.3 电压波与电流波

2.4 特性阻抗

2.5 电压反射系数

2.6 输入阻抗

2.6.1 终端接短路负载的传输线

2.6.2 终端接开路负载的传输线

2.6.3 半波长的重复性

2.6.4 1/4 波长的阻抗变换性

2.7 连接波源和负载的传输线

2.7.1 信号源的复数表示法

2.7.2 传输线中的功率问题

2.8 小结

第 3 章 史密斯圆图

3.1 从 z 平面到 Gamma; 平面的映射

3.2 阻抗变换

3.3 传输线等效电抗元件

3.3.1 开路传输线等效为电抗元件

3.3.2 短路传输线等效为电抗元件

3.4 导纳变换

3.5 串联电路和并联电路

3.6 小结

第 4 章 微波网络理论

4.1 基本网络参数

4.1.1 Z 参数与串联网络

4.1.2 Y 参数与并联网络

4.1.3 A 参数与级联网络

4.1.4 H 参数

4.2 S 参数

4.2.1 S 参数的定义

4.2.2 S 参数的物理意义

4.3 参数转换

4.4 端口阻抗不等时的散射参数计算方法

4.5 奇偶模分析法

4.6 信号流图法

4.7 小结

第 5 章 射频滤波器的设计

5.1 滤波器的基本结构

5.1.1 滤波器的类型和技术参数

5.1.2 滤波器的品质因数

5.2 四种基本滤波器

5.2.1 低通滤波器

5.2.2 高通滤波器

5.2.3 带通滤波器

5.2.4 带阻滤波器

5.3 特定滤波器的实现

5.3.1 巴特沃斯滤波器

5.3.2 切比雪夫滤波器

5.3.3 归一化低通原型滤波器的反归一化

5.4 滤波器的实现

5.4.1 理查兹变换

5.4.2 单位元件

5.4.3 黑田规则

5.5 小结

第 6 章 匹配网络设计

6.1 集总元件实现匹配网络

6.1.1 常规 L 形匹配网络

6.1.2 匹配禁区

6.2 频率响应和品质因数

6.3 T 形匹配网络和 Pi; 形匹配网络

6.4 微带线匹配网络

6.4.1 集总元件和分布参数元件混合使用

6.4.2 单节短线匹配网络

6.4.3 双短线匹配网络

6.5 小结

第 7 章 射频晶体管放大器设计

7.1 放大器的特性指标

7.2 放大器的功率关系

7.3 稳定性判别圆

7.4 稳定放大器的措施

7.5 恒定增益设计

7.5.1 单向化设计法

7.5.2 单向化设计的误差因子

7.5.3 双共轭匹配设计法

7.5.4 等工作功率增益圆

7.5.5 等资用功率增益圆

7.6 噪声系数圆

7.7 等驻波系数圆

7.8 小结

参考文献