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为应对4G、5G通信系统不断增长的宽带高速率数据需求,4G演进空口设计和5G高频新空口设计对无线发射机中的功放模块提出了宽频带内无失真地高效率放大高峰均比调制信号的要求,因此对功放的工作带宽、效率、线性度等方面开展研究具有十分重要的意义。精确的GaN HEMT器件建模是成功设计功放的关键步骤之一,所以研究GaN HEMT器件建模方法对采用新型半导体材料设计宽带高效率功放是十分关键的。针对4G、5G通信技术对宽带高效率功放提出的挑战,本文对宽带高效率线性化功放设计技术、动态负载调制技术以及GaN HEMT器件建模技术等方面进行了深入研究。主要研究内容包括:1.宽带高效率线性化功放研究。提出了一种降低记忆效应和三阶互调失真的分析方法,以改善宽带功放的线性度。通过降低二次谐波输出功率水平和MHz频率范围内的包络电压成分实现了优异的线性度。提出了一种改进型宽带切比雪夫低通匹配网络以验证所提出的分析方法。测试结果表明,本文设计的功放在1.352.45 GHz频率范围内,功率附加效率（Power added efficiency,PAE）为6078%,功率增益为10.812.3 dB,输出功率为40.041.2 dBm。对于20 MHz LTE调制信号,本文设计的功放经过数字预失真（Digital pre-distortion,DPD）技术处理后,邻信道泄露比（Adjacent channel leakage ratio,ACLR）在1.52.4 GHz频率范围内为-55.7-53.9 dBc,相应的平均输出功率为32.433.6 dBm。对于40 MHz LTE调制信号,本文设计的功放经过DPD处理后,ACLR在1.52.4 GHz频率范围内为-51.1-48.2 dBm,相应的平均输出功率约为30.5 dBm。2.基于负载调制的连续型B/J类功放研究。提出了基于负载调制的连续型B/J类功放的数学设计空间。本文将负载调制技术与“连续型”概念相结合以增强负载调制功放的宽带性能。给出了负载阻抗ZL和输出电容Cout之间的数学表达式,并指出非线性Cout会影响在输出功率回退（Output power back-off,OPBO）范围内的最佳负载阻抗,因此需要对输入驱动功率水平因子β进行调整。测试结果表明,本文设计的功放在1.62.4 GHz频率范围内,当OPBO=5 dB时,在负载调制机制下,PAE为3945%。与固定控制电压Vvar的同一功放相比,本文设计的功放在OPBO=5 dB,工作频率f=2 GHz以及最佳Vvar条件下,PAE提升了11%。Vvar是变容二极管的控制电压。基于Pedro负载线理论,分析了功率管的膝电压效应和软开启特性对基于负载调制的连续型B/J类功放性能的影响。通过引入偏置因子ρ,得到了负载调制功放在电流源参考面上的一般化设计空间,该设计空间能为从B/J类模式到A类模式的所有工作模式提供解析解。3.基于负载调制的逆F类功放研究。通过引入“连续型”概念和二次谐波操纵技术,提出了具有扩展导通角的负载调制逆F类功放的数学设计空间。阐述了输入驱动功率水平因子β和偏置因子ρ对三次谐波分量产生机制的影响。在负载调制机制下,逆F类模式的定义只在有限的OPBO范围内是有效的。同时,当导通角θ0从π/2扩展到一定的有限值（<110°）时,仍能维持逆F类模式的定义有效性。计算结果表明,维持高效率工作的最优解是在电流源参考面上的纯电导负载调制。实验结果表明,与固定控制电压Vctrl的同一功放相比,本文设计的功放在最佳Vctrl条件下,PAE在6 dB的OPBO范围内提升了5%。考虑到“连续型”概念的引入,本文给出的设计空间对于基于负载调制的宽带谐波调谐开关类功放有着良好的应用前景。4.GaN HEMT器件建模研究。提出了一种应用于非对称型GaN HEMT器件的参数提取技术和小信号建模方法。基于截止S参数和弱前置S参数,发展了一种系统搜索算法以考虑GaN HEMT器件的非对称特性,从而得到寄生电容Cpg和Cpd的最佳值。考虑到栅极偏置电压Vgs小于夹断电压时,耗尽层扩展仍会随Vgs的变化有小范围的变动,因此需要采用人工蜂群算法对提取的参数初始值进行优化以提高参数提取的可靠性。本文采用150 nm工艺的2×100μm GaN HEMT器件对提出的参数提取方法进行了有效验证。为保证非线性漏-源电流模型在高电压击穿区具有良好的预测特性,提出了人工神经网络模型与数学解析式相结合的非线性漏-源电流模型,并给出了基于人工神经网络的GaN HEMT器件大信号建模方法。