射频功率放大器作为无线通信系统最关键的组成部分之一，提高其带宽与效率两项重要指标一直是设计功放的重点与难点。本文为适应多模通信的发展需求，分别在输入和输出加入PIN开关，利用开关的闭合和断开来实现不同波段的阻抗匹配。为验证该方法的有效性，采用CGH40010F GaN晶体管,设计出一款工作在0.94GHz&2.1GHz和1.1GHz&3.3GHz的可重构双波段功率放大器，实验仿真结果表明，在可重构双波段功放的四个频段处，该功放的饱和功率附加效率（power added efficiency,PAE）均大于62%，饱和输出功率大于39.7dBm，增益在10.4dB以上，验证了所提可重构功率放大器方法设计的有效性。

为了满足移动通信系统中功率放大器宽频带和高效率的需求，介绍了一种高效率连续逆F类功率放大器设计方法，并基于CREE公司的CGH40010F高功率管设计了验证电路。在分析连续逆F类模式的基波和谐波阻抗基础上，提出了一款基于阻抗缓冲概念的新型谐波控制网络，设计并实现了一个1.2GHz～2.3GHz宽带的连续逆F类功率放大器。ADS版图联合仿真结果表明：在1.2GHz～2.3GHz工作频带内，漏极效率在58.9%～74.4%之间，输出功率为39.3dBm～41.3dBm，增益大于10.3dB，增益平坦度小于±1dB。本文的设计方法能为功放设计者提供一定的参考。

本文设计了一种具有增益滤波特性的高性能功率放大器-天线一体化集成电路。通过优化调谐滤波天线的输入阻抗，使其与功率放大器电路的输出端直接匹配，消除了功率放大器的输出匹配电路。这种无匹配集成设计能够有效降低电路插损，减小电路尺寸，从而提升系统效率。滤波天线的实现采用双层贴片天线，通过在上下两层贴片上开不同长度的环型槽来实现增益滤波特性。为了验证，设计、制造和测量了工作在3.4-3.6GHz的一体化电路原型。实验结果显示，功率放大器-滤波天线一体化集成设计在工作频带内的功率附加效率(Power added efficiency, PAE)超过55%，带内增益稳定度小于0.5dB，带外增益抑制大于25dB。相较于传统的级联设计，PAE提高了7%，带外抑制度和系统集成度都得到了明显提升。

随着5G时代的到来，大容量、高速率通信使得信号具有很高的峰均比。本文设计了一款工作在n78频段的大回退、高效率的逆F类(F-1)非对称Doherty功率放大器。在载波功放、峰值功放的负载牵引中加入F-1类谐波抑制网络，使其成为具有高效率的F-1类功放，并且将载波功放后的阻抗逆变器改变为多阻抗匹配网络以提高回退过程中的效率。仿真结果表明在3.4-3.6GHz频段内，F-1类非对称DPA饱和输出功率在41dBm左右，饱和平均效率大于70%，回退6dB时平均效率在50%以上，回退9.5dB时平均效率仍在43%以上。

带宽是Doherty功率放大器一个重要的性能指标，相比于单管的功率放大器，Doherty功率放大器存在更多的带宽限制因素。研究已经表明，后匹配结构可以有效的拓展Doherty功率放大器的带宽。本文相比于传统Doherty功放，将合路点处的阻抗值匹配到更靠近负载牵引处的阻抗值，在简化输出匹配结构的基础之上更能够有效的扩展Doherty功放的带宽。设计中采用安捷伦公司的先进设计系统软件(Advanced design system,ADS)，选取Cree公司CGH40010F GaN HEMT晶体管。经过电路仿真和实物测试，结果表明该DPA在1.8-2.9 GHz频带内，饱和输出功率为42.3 dBm-44.4 dBm，饱和增益大于11 dB,饱和漏极效率60%-69%，输出功率回退6 dB时漏极效率42%-51%。

射频多频系统的应用越来越广泛，而功率放大器作为射频发射系统前端的关键部分，其效率和性能一直是设计的重点。本文设计了一种基于Wi-Fi6频段的高效率双频F类功率放大器。通过设计的双频谐波控制网络来精确的控制两个频率的二次和三次谐波，ADS中版图仿真结果显示该双频F类功放在2.4GHz-2.49GHz时，功率附加效率(Power added efficiency, PAE)超过67%，增益大于13dB，在5.725GHz-5.875GHz时，PAE维持在49%-52%，增益大于10.4dB，并且在两个频率的二次谐波和三次谐波都得了有效的抑制，满足射频前端发射机的性能要求。

本文提出了一种基于增强型LSTM神经网络(A-LSTM)的数字预失真线性化模型，以更好的补偿5G宽带射频功放的动态非线性特性。模型的输入层在引入延迟抽头模拟功放线性记忆效应的基础上，对每一个延迟抽头进行非线性级数展开用于补偿功放的非线性记忆效应，从而更好地抑制功放的动态非线性失真导致的带内失真以及带外频谱扩展等问题。为验证模型的有效性，本文采用100MHz的5GNR信号作为测试信号，对一个中心频率为2.6GHz的5G射频功放进行数字预失真线性化实验。实验结果表明，基于增强型LSTM神经网络数字预失真器的带外抑制可达16dB,相比于其他几种预失真器展现出更好的线性化效果，验证了基于增强型LSTM神经网络数字预失真器的有效性。

本文完成了基于5G宽带功放线性化平台的在线数字预失真模型测试和实时预失真器验证的功能开发，两种模式可以随时进行切换。该方案抛弃了传统的PC加仪器的测试方式，可在线高效的迭代测试。实时预失真器验证功能是在FPGA中加入一种实时数字预失真硬件结构。我们使用记忆多项式(MP)、分解向量旋转(DVR)和广义记忆多项式(GMP)模型进行在线数字预失真模型测试。提出并使用基于并行处理结构的MP模型进行预失真器验证。我们成功的将80MHz和100MHz的5GNR信号调制到4.9GHz功率放大器上并在该平台上实时线性化。

通过分析传统功率放大器存在的频带限制问题，本文基于一种新型匹配电路和偏置电路设计了一款高效双频段功率放大器。设计采用一种T型结构方式作为双频功放的偏置电路和输出匹配结构，经理论推导和仿真优化，设计的双频阻抗变换器可实现两个频率上的两个不同复数阻抗到实数阻抗的变换。设计基于GaN HEMT晶体管CGH40010F,通过双频偏置电路实现了在两个工作频率下的扼流。仿真效果表明，该双频功放在1850MHz频点，输出功率高于37dBm、效率高于65%、增益保持在13dB以上，在4150MHz频点，输出功率高于39dBm,效率大于64%,增益在12dB以上，且端口驻波性能良好。

为了提高射频前端电路的效率和减少电路尺寸,本文提出了功放天线一体化设计方法。这种设计方法直接将功率放大器与天线集成,而无需任何的匹配电路,在不影响效率和输出功率的情况下,有效减少射频前端的损耗和电路尺寸。基于功放天线一体化设计方法,设计了工作在2.45 GHz的F类功率放大器和贴片天线,通过对比一体化设计与独立设计,测试结果表明在工作频率下的一体化设计比独立设计的附加效率(power added efficiency, PAE)提高了9.2%,电路尺寸减少了43.5%。

无线通信系统的快速发展对系统传输带宽和信号的峰均比的要求急剧增加,针对新一代基站固态功放的宽带应用需求,本文设计了一款混合连续型宽带Doherty功率放大器(DPA)。将DPA的主功放设计成混合连续模式,兼顾主功放在饱和与回退时的基波与二次谐波输出负载阻抗,改善DPA的带宽与回退效率。双阻抗匹配舍弃负载调制网络处的四分之一波长逆变线,后匹配拓展带宽,使拓扑结构更为简化。主辅功放均选用Cree公司CGH40010F晶体管,加工并实测,结果表明该DPA在2.8-3.6GHz频段内,饱和输出功率为43.2-44.3dBm,饱和增益大于8.5dB,饱和漏极效率62%-69%,功率回退6dB时漏极效率在50%-58%。

本文主要研究无线通信射频功率放大器非线性失真优化设计。功率放大器是宽带无线通信系统中的在主要构件，要使其功率提升，就要确保放大器有较高的功率。放大器具有非线性特征，在设计的时候就要对此高度重视，通过创建模型，经过自适应数字预失真对这方面的问题进行分析，明确对预失真和改进峰均比抑制联合，能够有效地避免传输错误代码。