阻抗匹配ADS设计
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络资料

用LC 元件设计L 型的阻抗匹配网络一 设计要求:用分立LC 设计一个L 型阻抗匹配网络,使阻抗为Z s =25-j*15 Ohm 的信号源与阻抗为Z L =100-j*25 Ohm 的负载匹配,频率为50Mhz 。
(L 节匹配网络) 二 阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L 型的匹配网络,应该是匹配网络设计中最简单的一种, 但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围,即L 型的匹配网络有其局限性 在RF 理论中,微波电路和系统的设计(包括天线,雷达等),不管是无源电路还是有源电路,都必须考虑他们的阻抗匹配(impedance matching )问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波,不匹配会引起严重的反射,致使严重损耗。
所以在设计时,设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
根据最大功率传输定理,要获得信号源端到负载端的最大传输功率,需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件,即L L S S iX R iX R +=+。
若电路为纯电阻电路则0==L S X X ,即L S R R =。
而此定理表现在高频电路上,则是表示无反射波,即反射系数为0.值得注意的是,要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配,此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
当RL=Rs 时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。
无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。
(完整版)ADS软件学习及阻抗匹配电路的仿真设计

ADS软件学习及阻抗匹配电路的仿真设计专业班级:电子信息科学与技术3班姓名:学号:一、实验内容用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络,实现负载阻抗(30+j*40)(欧姆) 到50(欧姆)的匹配,频率为1GHz。
二、设计原理阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态,它反映了输入电路与输出电路之间的功率传输关系。
要实现最大的功率传输,必须使负载阻抗与源阻抗匹配,这不仅仅是为了减小功率损耗,还具有其他功能,如减小噪声干扰、提高功率容量和提高频率响应的线性度等。
通常认为,匹配网络的用途就是实现阻抗变换,就是将给定的阻抗值变换成其他更合适的阻抗值。
基本阻抗匹配理论:——(1)——(2),由(1)与(2)可得:——(3)当RL=Rs时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。
无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小。
广义阻抗匹配:阻抗匹配概念可以推广到交流电路,当负载阻抗ZL与信号源阻抗Zs共轭时,即ZL=Zs,能够实现功率的最大传输,称作共轭匹配或广义阻抗匹配。
如果负载阻抗不满足共轭匹配条件,就要在负载和信号源之间加一个阻抗变换网络N,将负载阻抗变换为信号源阻抗的共轭,实现阻抗匹配。
三设计过程1、新建ADS工程,新建原理图。
在元件面板列表中选择“Simulation S--param”,在原理图中放两个Term和一个S-Parameters控件,分别把Term1设置成Z=5Oohm,Term2设置成Z=30+j*40ohm,双击S-Parameters控件,弹出设置对话框,分别把Start设置成10MHz,Stop设置成2GHz,Step-size设置成1MHz。
2、在原理图里加入Smith Chart Matching 控件,并设置相关的频率和输入输出阻抗等参数。
3、连接电路。
4、在原理图设计窗口,执行菜单命令tools->Smith Chart,弹出Smart Component,选择“Update SmartComponent from Smith Chart Utility”,单击“OK”。
ADS仿真作业用LC元件设计L型的阻抗匹配网络

用LC元件设计L型的阻抗匹配网络一设计要求:用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络,使阻抗为乙=25-j*15 Ohm的信号源与阻抗为Z L=100-j*25 Ohm的负载匹配,频率为50Mhz(L节匹配网络)二阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L型的匹配网络,应该是匹配网络设计中最简单的一种,但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围,即L型的匹配网络有其局限性在RF理论中,微波电路和系统的设计(包括天线,雷达等),不管是无源电路还是有源电路,都必须考虑他们的阻抗匹配(impeda nee matchi ng )问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波,不匹配会引起严重的反射,致使严重损耗。
所以在设计时,设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
根据最大功率传输定理,要获得信号源端到负载端的最大传输功率,需要满足信号源阻抗与负载阻抗互为共轭的条件,即R S iX R L iX L。
若电路为纯电阻电路则X S = X L = 0,即R s =R L。
而此定理表现在高频电路上,则是表示无反射波,即反射系数为0.值得注意的是,要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配,此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
当RL=Rs时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。
无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小.阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。
反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。
史密斯圆图及采用ADS实现的阻抗变换

史密斯圆图及采⽤ADS实现的阻抗变换史密斯圆图及采⽤ADS实现的阻抗变换在处理RF系统的实际应⽤问题时,总会遇到⼀些⾮常困难的⼯作,对各部分级联电路的不同阻抗进⾏匹配就是其中之⼀。
⼀般情况下,需要进⾏匹配的电路包括天线与低噪声放⼤器(LNA)之间的匹配、功率放⼤器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输⼊之间的匹配。
匹配的⽬的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在⾼频端,寄⽣元件(⽐如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配⽹络具有明显的、不可预知的影响。
频率在数⼗兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满⾜要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进⾏的RF测试、并进⾏适当调谐。
需要⽤计算值确定电路的结构类型和相应的⽬标元件值。
有很多种阻抗匹配的⽅法,包括:计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的⽽不只是⽤于阻抗匹配,所以使⽤起来⽐较复杂。
设计者必须熟悉⽤正确的格式输⼊众多的数据。
设计⼈员还需要具有从⼤量的输出结果中找到有⽤数据的技能。
另外,除⾮计算机是专门为这个⽤途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
⼿⼯计算: 这是⼀种极其繁琐的⽅法,因为需要⽤到较长(“⼏公⾥”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。
经验: 只有在RF领域⼯作过多年的⼈才能使⽤这种⽅法。
总之,它只适合于资深的专家。
史密斯圆图: 本⽂要重点讨论的内容。
本⽂的主要⽬的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应⽤⽅法。
讨论的主题包括参数的实际范例,⽐如找出匹配⽹络元件的数值。
当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最⼤功率传输的匹配⽹络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进⾏稳定性分析。
要使信号源传送到负载的功率最⼤,信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗,即:Rs + jXs = RL - jXL ;在这个条件下,从信号源到负载传输的能量最⼤。
分立LC阻抗匹配网络的ads仿真

分立LC阻抗匹配摘要:阻抗匹配的概念是射频电路设计中最为基本的概念,贯穿射频电路设计始终。
阻抗匹配就意味着源传递给负载最大的RF功率,换句话说就是要实现最大的功率传输,必须使负载阻抗与源阻抗匹配。
然而,他们的功能并不仅仅为了减小功率损耗而设计的,他们还具有其他功能,如减小噪声干扰、提高功率容量和提高频率响应的线性度等。
通常认为,匹配网络的用途就是实现阻抗变换,就是将给定的阻抗值变换成其他更合适的阻抗值。
关键字:射频;阻抗匹配;阻抗圆图;ADSAbstract: The concept of impedance matching in RF circuit design the most basic concepts, through the RF circuit design has always been. Impedance matching means that the source is passed to the load maximum RF power, in other words, to achieve maximum power transfer, the need to load impedance and source impedance matching. However, their function is not only designed to reduce power consumption, they also have other functions, such as reduced noise, increased power capacity and improve frequency response linearity. Is generally belie ved that the use of matching networks is to achieve impedance transformation is given impedance value into other more appropriate impedance value.Keywords: RF; impedance matching; impedance circle diagram; ADS一、设计要求:用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络,使Zs =25-j*15 Ohm信号源与ZL=100-j*25 Ohm的负载匹配,频率为50Mhz。
ADS阻抗匹配原理及负载阻抗匹配

功率放大器设计的关键:输出匹配电路的性能2008-05-15 17:51:20 作者:未知来源:电子设计技术关键字:功率放大器匹配电路匹配网络s参数串联电阻输出功率Cout耗散功率网络分析仪高Q值对于任何功率放大器(功率放大器)设计,输出匹配电路的性能都是个关键。
但是,在设计过程中,有一个问题常常为人们所忽视,那就是输出匹配电路的功率损耗。
这些功率损耗出现在匹配网络的电容器、电感器,以及其他耗能元件中。
功率损耗会降低功率放大器的工作效率及功率输出能力。
因为输出匹配电路并不是一个50Ω的元件,所以耗散损失与传感器增益有很大的区别。
输出匹配的具体电路不同,损耗也不一样。
对于设计者而言,即使他没有选择不同技术的余地,在带宽和耗散损失之间,在设计方面仍然可以做很多折衷。
匹配网络是用来实现阻抗变化的,就像是功率从一个系统或子系统传送另一个系统或者子系统,RF设计者们在这上面下了很大的功夫。
对于功率放大器,阻抗控制着传送到输出端的功率大小,它的增益,还有它产生的噪声。
因此,功率放大器匹配网络的设计是性能达到最优的关键。
损耗有不同的定义,但是这里我们关心的是在匹配网络中,RF功率以热量的形式耗散掉的损耗。
这些损耗掉的功率是没有任何用途。
依据匹配电路功能的不同,损耗的可接受范围也不同。
对功率放大器来讲,输出匹配损耗一直是人们关注的问题,因为这牵涉到很大的功率。
效率低不仅会缩短通话时间,而且还会在散热和可靠性方面带来很大的问题。
例如,一个GSM功率放大器工作在3.5V电压时,效率是55%,能够输出34dBm的功率。
在输出功率为最大时,功率放大器的电流为1.3A。
匹配的损耗在0.5dB到1dB的数量级,这与输出匹配的具体电路有关。
在没有耗散损失时,功率放大器的效率为62%到69%。
尽管损耗是无法完全避免的,但是这个例子告诉我们,在功率放大器匹配网络中,损耗是首要问题。
耗散损失现在我们来看一个网络,研究一个匹配网络(图1a)中的耗散损失。
ADS仿真作业用LC元件设计L型阻抗匹配网络

用LC元件设计L型的阻抗匹配网络一设计要求:用分立LC设计一个L型阻抗匹配网络,使阻抗为Z=25-j*15 Ohm的信号源s与阻抗为Z=100-j*25 Ohm的负载匹配,频率为50Mhz。
(L节匹配网络)L二阻抗匹配的原理用两个电抗元件设计L型的匹配网络,应该是匹配网络设计中最简单的一种,但仅适用于较小的频率和电路尺寸的范围,即L型的匹配网络有其局限性在RF理论中,微波电路和系统的设计(包括天线,雷达等),不管是无源电路还是有源电路,都必须考虑他们的阻抗匹配(impedance matching)问题。
阻抗匹配网络是设计微波电路和系统时采用最多的电路元件。
其根本原因是微波电路传输的是电磁波,不匹配会引起严重的反射,致使严重损耗。
所以在设计时,设计一个好的阻抗匹配网络是非常重要的。
阻抗匹配是指负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配,得到最大功率输出的一种工作状态。
对于不同特性的电路,匹配条件是不一样的。
在纯电阻电路中,当负载电阻等于激励源内阻时,则输出功率为最大,这种工作状态称为匹配,否则称为失配。
根据最大功率传输定理,要获得信号源端到负载端的最大传输功率,需要满足信号源阻抗与R?iX?R?iXX?X?0,负载阻抗互为共轭的条件,。
若电路为纯电阻电路则即LLSLSS R?R。
而此定理表现在高频电路上,则是表示无反射波,即反射系数为0.即LS值得注意的是,要得到最佳效率的能量传输并不需要负载匹配,此条件只是避免能量从负载端到信号源端形成反射的必要条件。
当RL=Rs 时可获得最大输出功率,此时为阻抗匹配状态。
无论负载电阻大于还是小于信号源内阻,都不可能使负载获得最大功率,且两个电阻值偏差越大,输出功率越小. 阻抗匹配是无线电技术中常见的一种工作状态,它反映了输人电路与输出电路之间的功率传输关系。
当电路实现阻抗匹配时,将获得最大的功率传输。
反之,当电路阻抗失配时,不但得不到最大的功率传输,还可能对电路产生损害。
史密斯圆图及采用ADS实现的阻抗变换

史密斯圆图及采用ADS实现的阻抗变换在处理RF系统的实际应用问题时,总会遇到一些非常困难的工作,对各部分级联电路的不同阻抗进行匹配就是其中之一。
一般情况下,需要进行匹配的电路包括天线与低噪声放大器(LNA)之间的匹配、功率放大器输出(RFOUT)与天线之间的匹配、LNA/VCO输出与混频器输入之间的匹配。
匹配的目的是为了保证信号或能量有效地从“信号源”传送到“负载”。
在高频端,寄生元件(比如连线上的电感、板层之间的电容和导体的电阻)对匹配网络具有明显的、不可预知的影响。
频率在数十兆赫兹以上时,理论计算和仿真已经远远不能满足要求,为了得到适当的最终结果,还必须考虑在实验室中进行的RF测试、并进行适当调谐。
需要用计算值确定电路的结构类型和相应的目标元件值。
有很多种阻抗匹配的方法,包括:计算机仿真:由于这类软件是为不同功能设计的而不只是用于阻抗匹配,所以使用起来比较复杂。
设计者必须熟悉用正确的格式输入众多的数据。
设计人员还需要具有从大量的输出结果中找到有用数据的技能。
另外,除非计算机是专门为这个用途制造的,否则电路仿真软件不可能预装在计算机上。
手工计算: 这是一种极其繁琐的方法,因为需要用到较长(“几公里”)的计算公式、并且被处理的数据多为复数。
经验: 只有在RF领域工作过多年的人才能使用这种方法。
总之,它只适合于资深的专家。
史密斯圆图: 本文要重点讨论的内容。
本文的主要目的是复习史密斯圆图的结构和背景知识,并且总结它在实际中的应用方法。
讨论的主题包括参数的实际范例,比如找出匹配网络元件的数值。
当然,史密斯圆图不仅能够为我们找出最大功率传输的匹配网络,还能帮助设计者优化噪声系数,确定品质因数的影响以及进行稳定性分析。
要使信号源传送到负载的功率最大,信号源阻抗必须等于负载的共轭阻抗,即:Rs + jXs = RL - jXL ;在这个条件下,从信号源到负载传输的能量最大。
另外,为有效传输功率,满足这个条件可以避免能量从负载反射到信号源,尤其是在诸如视频传输、RF或微波网络的高频应用环境更是如此。
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燕山大学
课程设计说明书
题目:80Mhz分立LC阻抗匹配网络的设计
学院(系):理学院
年级专业: 11级电子信息科学与技术
学号: ************ 学生姓名:**
指导教师:杜会静徐天赋
教师职称:副教授副教授
燕山大学课程设计说明书
燕山大学课程设计(论文)任务书
院(系):理学院基层教学单位:电子信息科学与技术
说明:此表一式四份,学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份
年月日
燕山大学课程设计评审意见表
80Mhz分立LC阻抗匹配网络的设计
摘要:
在射频电路设计中,阻抗匹配是很重要的一环。
阻抗匹配的目的就是使负载阻抗与源阻抗共轭匹配,从而获得最大的功率传输,并使馈线上功率损耗最小。
实现以上匹配的通常做法是在源和负载之间插入一个无源网络,这种网络通常被称为匹配网络。
实现匹配网络时,Simth圆图是应用最广泛的匹配电路设计工具之一,它直观的描述了匹配设计的全过程。
在频率不是很高的应用场合,可以使用分立电感电容器件进行不同阻抗之间的匹配。
如果频率不高,分立器件的寄生参数对整体性能的影响可以忽略。
关键词:射频分立LC 阻抗匹配匹配网络
Abstract
The impedance matching is important one annulus in rf circuit design.The purpose of impedance matching is to make the load impedance and the conjugate source impedance matching, so as to achieve maximum power transfer, and minimize the power loss on the feeder. Achieve the above the common way of matching is inserted between the source and load a passive network, this network is often referred to as matching network. To achieve the matching network, the Simth chart is applied to one of the most widely used matching circuit design tools, its intuitive description of the whole process of matching design. In is not very high frequency applications, you can use the discrete inductance capacitor between different impedance matching. If the frequency is not high, discrete device parasitic parameters influence on the overall performance can be ignored.
Keywords:RF discrete impedance matching network of LC
一、引言:
分立LC 阻抗匹配的概念是射频电路设计中最为基本的概念之一,贯穿射频电路设计始终。
阻抗匹配就意味着源传递给负载最大的RF 功率,换句话说就是要实现最大的功率传输,必须使负载阻抗与源阻抗相匹配。
然而,他们的功能并不仅限于实现理想功率传输而在源和负载之间进行阻抗匹配。
事实上,许多实际的匹配网络并不是仅仅为了减小功率损耗而设计的,他们还具有其他功能,如减小噪声干扰、提高功率容量和提高频率响应的线性度等。
通常认为,匹配网络的用途就是实现阻抗变换,就是将给定的阻抗值变换成其他更合适的阻抗值。
匹配电路的种类和构成方法多种多样,这次主要采用采用LC 分立元器件集总参数元器件网络,这种网络容易分析,并且可以在1GHZ 频段的低端及更低的频段使用。
这次课程设计利用ADS 进行匹配电路设计的主要内容是利用无源匹配网络进行阻抗变换,达到功率最大传输,重点是确保在源和负载之间形成最小反射。
二、基本原理:
在频率不是很高的应用场合,可以使用分立电感电容器件进行不同阻抗之间的匹配。
如果频率不高,分立器件的寄生参数对整体性能的影响可以忽略。
三、设计要求:
80Mhz 分立LC 阻抗匹配网络的设计,把阻抗100*25l Z j ohm =-的负载匹配到Ohm j 25*75-的信号源,中心频率为80MHz 。
四、 仿真过程:
(1) 新建ADS 工程,新建原理图,如图1所示
在原理图中可以看到端口和S-parameters 的控件已经添加好了,如图2所示
图1
图2
(2)双击Term 端口,弹出设计对话框,分别把Term1设置成Ohm j 25*75-,Term2设置成100*25l Z j ohm =-。
这里,Term1作为源,Term2作为负载。
如图3所示
图3
(3)在元器件面板列表中选择“Smith Chart Matching”,单击图标,在原
理图中添加“DA_SmithChartMatching”控件,使用时需要考虑方向,如图4所示
图4
因为工作频率是80MHz,所以在S-PARAMETERS控件里设置从30~130MHz,步长为1MHz。
如图5所示
图5
(4)双击DA-SmithChartMatch 控件,设置控件的相关参数,如图6所示
图6
设置Fp=80MHz ,SourceType=Complex Impedance ,SourceEnable=True ,源阻抗Ohm j 25*75Z s -=,SourceImpType=Source Impedance ,LoadType=Complex Impedance ,负载阻抗100*25l Z j ohm =-;其它参数用默认值。
(5)在原理图设计窗口中,执行菜单命令【Tool】→【Smith Chart】,弹出“SmartComponent Sync”对话框,选择“Update SmartComponent from smith chart Utility”选项,单击【OK】按钮,弹出“Smith Chart Utility”对话框,如图7所示
图7
(6)在上图中,设置Freq和Z0,这里要设置为Freq=0.08GHz,Z0=50Ohm。
单击【Define Source/Load Network Terminations】按钮,弹出“Network
Terminations”对话框,如图8所示,在这里设置源和负载的阻抗。
图8
(7)在上图中,需要把“Enable Source Termination”和“Enable Load Termination”的选项勾上,它们是为了配合图6的“Smith Chart Matching Network”对话框的“SourceEnable=True”和“LoadEnable=True”,这样在图6中设置的源和负载阻抗直接导入“Network Termination”对话框。
设置完成后依次单击【Apply】和【OK】按钮,可以看到源(小圆标记)和负载(方形标记)阻抗点都显现在Smith原图上了,如图9所示。
图9
(8)采用LC分立器件匹配过程如图10所示。
先并联一个电容,在串联一个电感,可以求出电感和电容的值
图10
(9)单击【Build ADS Circuit】按钮,即可生成相应的电路。
单击图标可以查看匹配电路,如图11所示。
图11
(10)按【F7】进行仿真,结果如图12所示。
图12
五、设计心得
1.在设计射频电路匹配网络时,主要考虑以下四个方面的要求:
(1)简单性:选择通过简单的电路实现匹配,可以使用更少的器件,减少损耗并降低成本,可靠性也获得提高。
所以设计阻抗匹配电路的首要目的是在能满足设计要求的情况下,选择最简洁的电路。
(2)频带宽度:也就是我们匹配电路中的Q值,一般多种匹配网络都可以消除在某一个频率上的反射,在该频率下实现完全匹配。
但是要实现在一定的频带宽度内的匹配,则需要更复杂的匹配网络设计,需要使用更多的元件。
因此,要求匹配电路的频带越宽,则相应成本也会越高。
(3)电路种类:在实现一个匹配网络的时候,需要考虑匹配网络使用传输线的种类,然后确定使用匹配电路的种类。
例如,对于微带传输线系统,实现匹配可以使用集总参数器件、λ/4传输线变化、并联分支等电路,非常容易实现。
对于波导和同轴线系统,使用终端短路结构和枝节匹配电路则更容易实现。
因此,阻抗匹配电路需要选择在相应传输线系统上易于实现的电路类型。
(4)可调节性:如果负载发生了变化,匹配网络需要相应的调整来达到匹配的要求。
在设计匹配网络时,需要考虑负载是否会发生变化,以及通过调整匹配网络适应变化的可行性。
六.参考文献
[1].Reinhold Ludwing,射频电路设计—理论与应用,电子工业出版社,2003
[2].刘长军,射频通信电路设计,科学技术出版社,2010
[3].市川裕一,高频电路设计与制作,科学技术出版社,2011
[4].徐兴福,ADS2008射频电路设计与仿真实例,电子工业出版社,2009
[5].黄玉兰,ADS射频电路设计基础与典型应用,人民邮电出版社,2010。