为了满足当今以及未来移动通信对于高传输速率的要求,功率放大器作为射频发射机中的核心部件,在带宽、效率和线性三个方面都面临着巨大的技术挑战。本文以此为契入点,首先在宽带高效率功率放大器的基础上,提出线性优化设计方法,然后从连续类工作模式出发研究功率放大器的带宽拓展方法,最后将连续类工作模式的宽带特性应用到Doherty功率放大器中,同时实现回退效率提升和带宽拓展。论文的主要内容和创新点如下:1、结合功率放大器三阶交调分量的产生机制,分析了三阶交调失真与基带、基波和二次谐波阻抗的相互关系,针对宽带高效率功率放大器给出了线性优化设计方案。在此基础上,通过外部输出电路进行相应的阻抗控制,在1.6~2.6 GHz带宽范围内实现了线性高效率功率放大器。当载波干扰比为30 dB时,所设计的功率放大器在工作频段内达到了45%~60%的功率附加效率和36~38.5 dBm的平均输出功率。在20 MHz LTE信号激励下,该功率放大器可以获得40%~55%的功率附加效率以及-30 dBc的ACLR。2、电阻电抗性连续类功率放大器与本文提出的基于相移电压波形的连续类功率放大器都在连续类功率放大器的基础上引入了二次谐波阻抗的实部成分。为了比较两者之间的不同之处,对电阻电抗性连续类功率放大器的基本原理进行分析。在这一过程中发现相关文献计算的理论漏极效率较实际情况偏高,导致高效率阻抗设计空间过大。针对这一情况,修正了电阻电抗性连续类功率放大器的漏极效率计算公式,并给出了修正后的高效率阻抗设计空间。修正后电阻电抗性J类和F类功率放大器包含的阻抗解数量分别减少了41%和48%。3、分析了连续F类工作模式下引入二次谐波阻抗实部的条件,提出了通过在电压波形表达式中插入相移因子来获取非零的二次谐波电压实部系数的方法,构造出基于相移电压波形的连续F类工作模式。在该模式下,二次谐波阻抗的变化轨迹不再局限于纯电抗圆上,而是往史密斯圆图的内部大幅移动,基波阻抗的覆盖范围也从内向外延伸。利用这一拓展的阻抗设计空间设计的1.9~3.1 GHz基于相移电压波形的连续F类功率放大器,在工作频段内实现了41~42.3 dBm的输出功率和66.5%~75%的漏极效率。4、基于相移电压波形的连续类工作模式可以作为一种普适性方法运用到传统连续类功率放大器中,在混合连续类功率放大器的电压波形中插入相移因子同样可以建立基于相移电压波形的混合连续类工作模式。在该模式下,二次谐波阻抗由于实部的引入得以广泛分布在史密斯圆图中,相应的基波阻抗区域也进一步扩大。宽广的阻抗设计空间增加了匹配网络设计的自由度,为实现超宽带功率放大器带来了极大的便利。在以上分析的基础上,研制了一款1.2~3.6 GHz频段的基于相移电压波形的混合连续类功率放大器。在工作带宽内,该功率放大器的饱和输出功率为40~42.2 dBm,漏极效率达到了60%~72%。5、考虑有源负载调制对Doherty功率放大器二次谐波阻抗的影响,提出了在载波和峰值支路嵌入二次谐波抑制网络的后匹配Doherty功率放大器结构。利用该结构提供纯电抗二次谐波阻抗的特点,推导出改进型连续类Doherty功率放大器。该Doherty功率放大器不仅可以提供广阔的阻抗设计空间来拓展带宽,还能用对称结构实现8 dB的高效率回退区域。采用此方法设计的Doherty功率放大器在3.3~3.75 GHz带宽范围内可以达到48~48.8 dBm的饱和输出功率,并在8 dB功率回退点拥有44%~55%的漏极效率。