功率放大器是无线通信系统的关键部件,它的性能是制约整个系统性能和技术水平的关键因素。随着无线通信系统的快速发展,人们对功率放大器的效率和功率提出了更高的要求,传统的半导体材料的性能显现出不足,新的第三代半导体材料应运而生。第三代半导体材料宽禁带GaN HEMT具有击穿电压高、功率密度大、电子饱和漂移速度高等优点,非常适合于制作高频率、大功率和高效率的电子器件,因此GaN HEMT功率放大器逐渐成为研究热点。在对GaN HEMT器件的半导体特性和大信号模型进行分析,阐述了功率放大器的理论基础。功率放大器根据工作方式可以分为线性功率放大器和开关模式功率放大器。经典的线性功率放大器主要分为A类、B类、AB类和C类放大器,开关模式功率放大器主要分为D类、E类和F类放大器。对以上所有类型的放大器性能进行分析,F类放大器在理想情况下漏极效率达到100%,并且F类放大器的输出匹配网络具有谐波抑制的作用,F类功率放大器适合应用于设计高效率非线性的功率放大器。采用最平坦波形近似技术和谐波控制理论分析和设计F类功率功率放大器。F类功率放大器的漏极峰值电压很大,但是由于GaN HEMT器件的击穿电压很高,所以在设计F类放大器选用GaN HEMT器件具有明显的优势。根据功率放大器的设计目标,选择合适的GaN HEMT晶体管。基于晶体管的大信号模型,通过负载牵引和谐波平衡技术,设计一款工作在L波段的F类功率放大器。最后通过EDA仿真工具Advanced Design System(ADS)2005对所设计的F类功率放大器的性能进行仿真和测试,附加效率达到75%,输出功率达到42dBm,性能指标良好,达到大功率高效率的要求。