随着5G时代的到来,通信行业又有了一步大跨越式的发展,氮化镓（GaN）功率器件作为通信领域和半导体领域的交叉核心,其发展与应用也跟随提升到了一个新的高度。氮化镓是第三代宽禁带半导体材料中最具有发展潜质的半导体化合物,具有禁带宽度大、电子迁移率高、饱和电子速度大、临界击穿场强高等特点,同时其耐热性好,满足高电压、大电流、高功率密度的器件设计需求,在大功率和高效率微波功率器件设计方向上有很好的应用前景。内匹配功率放大器凭借其体积小、重量轻、损耗小、增益高、稳定性好的特点,成为通信基站以及收发组件中的关键器件。论文基于一款国产GaN HEMT设计高频段大功率内匹配放大器,主要研究内容如下:论文对比分析了第三代半导体GaN材料特点并论述了GaN器件的发展以及现状,展示了GaN器件在5G时代的发展优势。放大器设计选用大功率密度高压GaN管芯,管芯采取多子胞结构来分散热量分布,通过多胞管芯合成技术,实现宽脉冲大功率输出。论文测试了GaN管芯的直流特性以及稳定性,根据管芯特性选择系统两端的电压加载条件。匹配电路的设计采用ADS软件实现。利用负载牵引及源牵引法,多次相互迭代,求得管芯阻抗值,并根据管芯阻抗值来搭建输入和输出匹配电路。论文采用四路并联结构设计匹配电路,通过电容、键合金丝以及微带线等器件搭建T型匹配网络。然后设计输入端功率合成器以及输出端功率分配器连接输入输出匹配网络,完成整个内匹配电路的搭建,将管芯阻抗匹配至50Ω,与端口相连接。通过内匹配电路理想元件的仿真,优化电路的输出功率、增益线性度和附加功率效率等指标,优化完成后将原理图替换为元件版图,进行电磁场仿真,调整版图结构以达到预定性能指标。论文设计输入输出偏置电路,避免微波与电压电路间的相互影响,并隔绝二次谐波对电路的影响。完成设计与优化之后,将功分器,电容等器件进行流片,并设计制作管壳和测试夹具盒。将内匹配电路烧结在管壳内部,调整电容,键合金丝尺寸,调试出放大器最佳性能。搭建测试系统,测试证明在9.5～10.5 GHz频率范围内,脉冲宽度200μs,10%占空比条件下该放大器的输出功率大于250 W,同时功率附加效率高于35%,功率增益大于8 dB。最后根据实验需要设计了一款中心频率为10GHz,通带宽度为1GHz的四阶变形发夹微带滤波器,通过HFSS软件建模仿真,并优化其插入损耗、回波损耗、带外抑制等参数,最终加工制作实物,测试证明滤波器中心频率为10GHz,通带范围9.5GHz～10.5GHz,插入损耗小于2dB,回波损耗大于15dB,带外抑制大于30dB。