随着5G技术的发展,在我们生活中随处可以见到无线通信技术的应用,功率放大器作为无线通信系统的核心部件,它的性能直接影响着无线通信系统的整体性能。随着功率放大器的输出功率和工作频段的提升,更高的工作效率成为了人们追求的目标,尤其是在号召“绿色高效,节能减排”的今天,如何提高功率放大器的效率成为人们研究功率放大器的重点。本文提出了工作于S波段2.0GHz~2.5GHz,输出功率大于50dBm(100W)的内匹配功率放大器的设计目标,并以此来探究高能效功率放大器的设计方法。本文首先横向对比了市面上主流的功率放大器件,通过对比发现,第三代半导体材料氮化镓(GaN)具有更小的寄生参数,更高的电子迁移率等特性,以此为基础制作的GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)功率放大器件在S波段具有良好的效率性能。所以选择GaN HEMT器件作为功率放大器的管芯。然后对GaN HEMT的器件模型进行了分析,借助ADS软件中的EE_HEMT模型,对GaN HEMT的几个关键模型参数进行了仿真验证,分析了关键模型参数对于最终效率的影响,最终确定了选择的功率放大器件的性能参数。在功率放大器的设计实现中,为了提高最终输出效率,在设计中充分考虑了谐波的影响,采用了一种简单LC匹配结构将阻抗匹配到最佳的阻抗空间。同时为了拓展功率放大器的带宽,在阻抗匹配结构中采用了渐变式阻抗变换,实现了效率与带宽之间的平衡。通过带有阻抗变换功能的功分器,减小匹配网络的阻抗变换比。匹配网络中的电容和电感由高介电常数基板和键合金丝实现。最终,测试结果表明,在2.0GHz~2.5GHz的带宽之内,功率放大器的输出功率大于50dBm(100W),功率附加效率大于70%。与其他文献发表的S波段功率放大器相比,在效率上有着十分优异的表现,从而验证了设计方法的可行性。