功率放大器（功放）是现代通信系统发射机中不可缺少的一部分,对其性能的提升是众多学者研究的方向。为了满足海量通信设备、增强移动宽带和超可靠低延时的需求,功放也面临高效率、大带宽和高峰均比信号等挑战。超宽带应用中,存在因低频谐波和高频基波重合而产生的阻抗冲突;高峰均比信号应用中,存在因低功率和高功率最优阻抗不同而产生的阻抗冲突。传统无源匹配网络难以提供上述阻抗冲突的解决方法,而有源负载调制技术则具有提高阻抗配置灵活度的能力。本文旨在研究、改善和提出不同功放有源负载调制技术理论和架构以解决上述问题。本文的主要内容和创新点如下:1.改善了传统电阻-电抗连续类工作模式,进而提出了基于最小功率的有源谐波负载调制结构,解决了跨倍频程应用中低频谐波和高频基波阻抗冲突问题,从而实现了超宽带高效功放。首先,通过分别在传统电阻-电抗连续类功放模式工作电压波形的电阻和电抗项上各乘上一个谐波参量因子,让最优阻抗解空间得到进一步扩展,提高宽带功放匹配灵活度。设计了一款工作在2.2-3.8 GHz的高效宽带功放,在工作频带内输出功率为40.3-42.3 d Bm、漏极效率为63.4%-72.9%、饱和增益为10.1-10.9 d B。其次,在跨倍频程应用中,通过采用负载调制器进行谐波注入的方式能够改变主功放的谐波阻抗,从而在低频段和高频段获得不同的功放工作模式。同时,提出基于负阻分析的最小谐波注入方案,达到了改善整个系统效率的效果。设计了一款工作在1.7 GHz和3.4 GHz的高效双带功放。在未采用谐波调制技术前,分别获得40.6 d Bm和41.3 d Bm的输出功率,65%和78.5%的整体效率;采用谐波调制技术后,低频段功率和整体效率提升为41.3 d Bm和78.6%。2.对两种有源基波负载调制结构进行了改进,其一为结合连续F类工作模式改进了非对称Doherty功放结构;其二为提出了基于相变分析和匹配子网络协同的对称Doehrty功放结构,解决了大回退应用下由于传统四分之一波长逆置线和峰值功放输出隔离条件带来的带宽限制问题,从而分别实现了大回退非对称和对称宽带Doherty功放。首先,将连续F类模式理论和非对称Doherty功放结构相结合,同步扩展了Doherty功放的带宽和功率回退量。设计了一款工作在1.8-2.6 GHz的Doherty功放,其饱和输出功率为44.8-45.2 d Bm,9-10 d B回退效率为49.6%-63.4%;其次,提出了可任意选择功率回退量的对称宽带Doherty功放理论。在对载波和峰值功放输出匹配网络的相位进行分析后,引入后匹配网络的输入阻抗频率响应分析,得到了基于相变分析和匹配子网络协同的宽带对称大回退Doherty功放。设计了一款工作在1.9-2.4 GHz的Doherty功放,其饱和输出功率为44.1-44.8 d Bm,8.5-9d B回退效率为44.2%-49.7%。3.改进了有源负载平衡式功放（LMBA）的结构,采用后匹配双输入结构扩展了带宽,另外提出了一种自动化功放设计方法,解决了传统功放设计中冗杂的过程和仿真与优化不收敛的问题,从而缩短了功放设计周期。首先通过引入改进模拟退火-粒子群混合算法,设计了一款能根据不同输入需求进行自动化功放设计的软件,并通过一款宽带和三带功放进行验证。宽带功放工作频段为0.8-3 GHz,饱和输出功率和漏极效率分别为39.4-42.4 d Bm和55%-68.5%;三带功放工作频段为3.35-3.55 GHz、5.75-5.95 GHz和7.65-7.95 GHz,饱和输出功率为36.5-38.4 d Bm、37.9-38.6 d Bm和37.1-37.7 d Bm,相应的漏极效率为50.1%-65.7%、44.2%-50.4%和41.8%-54.3%。其次为了进一步扩展LMBA架构的带宽同时减小尺寸,将后匹配架构引入到双输入LMBA架构中。为了验证提出的架构,设计了一款工作在2.5-3.5GHz的LMBA功放,饱和输出功率为46.6-47.6 d Bm,9 d B回退效率为52.7%-66.9%。综上所述,本文研究了有源负载调制的三个方面,通过改善理论或结构,发掘了其在高效、超宽带和大回退性能上的潜能,并进行了实验验证。