功率放大器是通信系统中的关键器件,它位于发射机的末端,是整个系统中消耗能量最多,产生热量最高的单元,其工作效率直接决定了整个发射系统的耗能,稳定度,以及对电源和散热装置的要求。在全球绿色通信的趋势下,效率的增强成为功率放大器的关键技术。无线通信技术的飞速发展又对功率放大器提出了新的要求。本文将围绕新形势下高效率射频功率放大器的设计展开研究,重点针对F类和逆F类高效率功放。论文首先对功率放大器的设计中要遵循的理论和方法进行了综述,针对高功率和高效率这两个基本要求,介绍了负载功率匹配、负载阻抗牵引和谐波调谐这些常用的方法。第三、四、五这三章分别针对单频F/逆F类功放,双频F/逆F类功放,以及谐波控制技术在Doherty结构功放中的应用进行详细分析和研究。第三章研究的内容是单频F/逆F类谐波控制功率放大器。文章中首先介绍了F/逆F类功率放大器的工作机理,分析了理想情况和考虑晶体管寄生参数影响的情况下波形和性能的变化,并针对更适合手机使用的相同直流偏置条件和更适合基站情况的相同最大输出功率条件,分别比较了F类和逆F类性能上的差异。在F/逆F类的实现上,首先归纳了可实现F/逆F类功放的各种结构,然后提出了一种结合了双频阻抗变换器的新型谐波控制结构,这个简单的新结构可实现F/逆F类或其它类型的谐波调谐,实验验证了该结构的有效性。第四章围绕双频F/逆F类功放展开研究。首先设计了一个可重构的双频F类功放,采用PN开关控制电路中微带线的断开和连接；然后设计了两个频带不需切换的双频F类谐波控制电路,通过详细的理论分析,证明了可以通过用两段不同的微带线代替单频谐波控制电路中的单根微带线的方法将谐波电路扩展到双频,并且给出了求解这两段微带线的方法,在此基础上实现了一个双频F类功放,实验结果验证了方法的有效性；最后针对在双频F类功放工作时可能出现的频率冲突问题,提出了将一个频带设计在F类,另一个频带设计在逆F类的解决方案,并实现了一个双频F/IF类功率放大器,实验结果证明在两个频带上都能达到和单频高效率的F或逆F类功放相似的结果。第五章中将谐波控制的高效率功放和功率回退的Doherty结构功放结合起来。Doherty结构功放通过负载牵引的方法使得在功率回退范围内保持较高的效率,适合新一代无线通信中的高峰均比信号。但Doherty功放和谐波控制功放的带宽都较窄,为了解决这一问题,采用了连续型的逆F类功放,相对于传统方法,连续型逆F类功放对谐波阻抗和电压波形略作调整,使得其有更宽的带宽。最后采用这种方法设计了一个Doherty功放,实现了在所需频带内的高性能。