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氮化镓(GaN)作为新一代半导体材料,具有宽禁带、高电子迁移率、大饱和电子速度、高击穿电场等优点,满足高电压、大电流、高功率密度的需求,非常适用于大功率和高效率微波功率放大器。现今雷达通信系统对固态功率放大器功率和效率指标要求越来越高,而内匹配微波大功率器件,作为固态器件的一类,由于具有体积小、重量轻、研制难度和成本相对较低等方面的优势,在各类通信、雷达、导航市场中非常受欢迎。因此,以GaN为基础的微波内匹配功率器件成为近几年研究的热点。谐波控制,近年来作为一种有效提升微波功率放大器效率的技术,常常见于微波单片集成电路(MMIC)和微波混合集成电路(MHIC)中。而内匹配器件由于空间限制,结构复杂的谐波控制单元很难在内匹配环境下集成。因此,本论文对谐波控制类功率放大器的工作原理和设计方法进行了讨论,根据GaN HEMT的性能特点,探索谐波控制方法应用在GaN内匹配功率放大器上。开展的工作和创新主要如下:基于国产GaN HEMT大栅宽器件,功放采取两路信号形式的结构。在晶体管输入端,根据实际空间大小和功放结构,结合并联R-C网络和串联R-C网络两者在不同频带上提高稳定性的特点,设计能实现全频带稳定和消除奇模振荡隐患的稳定网络。通过带有阻抗变换功能的功分器,减小匹配网络的阻抗变换比。匹配网络采用高介电常数基板实现并联电容,键合金丝实现串联电感,结合谐波控制理论,利用二次谐波负载牵引系统指导其设计,使其满足高效率工作条件。并且通过分析时域电压和电流波形,从波形工程的角度验证谐波控制方法设计高效率功放的有效性。最终,设计并制作出一款S波段GaN内匹配功率放大器。在偏置点VGS=-2.8 V,VDS=28V,仿真结果显示,在2.7~3.5GHz频带内,输入功率Pin=37dBm时,输出功率Pout>47dBm,增益Gain>10dB,功率附加效率PAE>68%。对功放进行实测,在3.1GHz处,小信号增益为9.1dB,当Pin=44dBm,Pout=47.4dBm,Gain=3.4dB,漏极效率DE=44.6%,PAE=24.3%。本文对于宽禁带半导体高效率内匹配功率放大器设计具有指导意义。