目的：本次设计综合考虑功放的线性和效率，设计出既能有高效率又有较高线性的功率放大器。传统的放大器主要有A类、B类、C类、D类、E类、F类等，各自具有不同的特性，比如A类线性比较高，但是效率比较低，而F类功率理论上可以达到100%，但是要对谐波进行控制。效率和线性是功率放大器的主要参数特性，而高功率和高线性两者往往不能兼得。所以根据不同的需求进行功率放大器的设计时，往往为了高功率牺牲线性，为了高线性牺牲功率。

意义：在通信系统中，信号的发射和接收是实现通信的基础。在发射端，发射机需要很高的功率才能把高频信号辐射出去。在接收端，由于传输距离、传输介质等的影响，通信信号会有很大的衰弱，所以需要功率放大器来放大接收到的信号，之后才能进行信号处理。所以，功率放大器在通信行业中是不可或缺的。如今，移动通信技术飞速发展，正在向着更高速的方向发展，意味着对大量数据的处理速度更快，也就意味着会有更高的功耗，而功率放大器是其中最耗能的元器件之一。S波段是频率在2GHz-4GHz的电磁波，主要应用在中继、通信卫星上，无线路由、蓝牙通信也在这个范围之内，应用十分广泛。因此需要对适用于该波段的功率放大器的特性有更加深入的了解，以便在工程中更好地设计功率放大器。

国内外现状：当今，比较热门的器件是GaN器件。GaN材料作为第三代半导体的典型代表，具有如禁带宽度宽、击穿场强高、热传导率高和功率密度高等很多优异的特性^[1]。基于GaN材料研究者设计出了许多高功率、宽带宽等不同特性的功率放大器。如南京电子器件研究所的朱涤非，钟世昌使用二次谐波短路的方法设计出了S波段40W GaN 高效率内匹配功率放大器^[1]。该放大器在工作频率范围 3.1-3.4 GHz内，在漏电压48 V，占空比10%，脉宽0.1 ms 的条件下，输出功率大于46.8 dBm( 48.3 W)，最大输出功率为47.4 dBm( 55.3 W)，带内饱和功率增益大于 10 dB，漏极效率大于63.8%，最大漏极效率达到 73.9%^[1]。该设计实现了功放的高功率，但是实际的电路特性并不是很理想，在3.1-3.4GHz内增益不平坦，电路的稳定性不够好，实用性较差。Jin Shao,Rongguo Zhou等人基于GaN材料，对传统的DPA负载匹配进行改进，设计出了带通的Doherty功率放大器^[3]。该功率放大器减小了传统的DPA的带宽限制，在0.8-1.2GHz的工作范围内可以实现满输出情况下50.8% -78.5%的PAE，10.8-14.8dB的增益^[3]。但是该设计没有改变DPA匹配的复杂程度，也没有对电路中的谐波进行研究。另外也有学者根据传统的器件进行功放的设计。Shao Yong Zheng，Zhao Wu Liu, Yong Mei Pan等人通过对传统DPA中的的功分器进行创新，设计出一种既可以实现功率分配又可以实现滤波功能的功分器，通过对谐波的控制让功率提升^[4]。该设计对谐波有很好的抑制作用，实现了提高10%的功率附加效率，在高输出功率范围内，ACLR改善了5.8dB多。在设计功放的过程中都会无可避免地涉及到线性控制，阻抗匹配，效率损耗，交调失真等问题。线性控制主要有功率回退法、预失真、前馈法、包络消除与恢复法等^[7]并在其基础上进行创新改进。交调失真主要通过控制高次谐波的输入输出，在信号的输入端和输出端加上谐波控制电路降低失真。阻抗匹配在功率放大器的设计中也占有举足轻重的地位，通过匹配网络可以让功放达到最高效率，可以借助史密斯原图进行设计。另外为了减小功率放大器的尺寸和功耗，同样提出了很多方法，如选取不同的材料基底，设计出可以集滤波，谐波控制于一体的电路结构。经过大量的研究和设计，功率放大器在小型化，集成化，低功耗，高效率方面取得了很大的成果，并广泛应用于不同的射频系统。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：