随着移动通信、航空航天、电子产品等科学技术在各自领域突飞猛进的发展,技术的不断成熟,其给人类带来的贡献也越来越大。而快速的进步也带来了更大的挑战。射频电路在上述领域都发挥着重要作用,特别是作为射频收发端核心部件的功率放大器更是扮演着不可替代的角色,怎样实现大功率、高效率、小型化,已经成为了应对挑战最主要的方向。本论文正是针对上述问题,研究并实现了两款频段分别为L、S波段的GaN MMIC F类功率放大器,同时还实现了一款GaN混合集成F类功放。基于F类功放,第三代半导体材料GaN,单片微波集成电路(MMIC)等结构与材料的优势,本文重点对两款GaN MMIC F类功率放大器进行了研究设计。主要内容为:1.介绍了F类功率放大器的发展历程与目前国内外研究动态,对目前所报道的F类功放的技术指标作了简要说明,为本课题功放设计指标作参考。2.从理论上分析了F类功放的基本原理,从公式推导角度指出其波形成形及效率提高的原因。3.简要介绍了GaN HEMT器件与无源器件的基本原理,说明了本文所使用的GaN MMIC工艺线上有源与无源器件的物理特性。接下来重点阐述了利用ADS仿真软件对中心频率为1.8GHz与2.4GHz的两款GaN MMIC F类功率放大器进行仿真的过程,介绍了实现F类功放所使用的谐波控制与基波匹配等方法。对于1.8GHz功放,仿真实现最大输出功率为31dBm,增益最大为16dB,最高PAE可达到71.4%。对于2.4GHz功放,仿真实现最大输出功率为32dBm,平均功率增益为10dB,最高PAE为59.3%。接着对流片后的MMIC功放进行了在片测试,1.8GHz功放经测试最大输出功率为24.1dBm,功率增益为5dB,最高PAE为48.3%;2.4GHz功放的最大输出功率为27dBm,功率增益平均为6dB,最高PAE为41%。4.使用Cree公司的10W GaN芯片CGH40010实现了另一款中心频率为2GHz的混合集成GaN F类功率放大器。利用ADS的对其进行仿真,仿真的小信号增益为16dB,回波损耗都在-10dB以下。大信号仿真后,功放的最大输出功率为40dBm,功率增益在18dB左右,最高PAE为80%。使用FR-4板材实现了此混合集成F类功放,并进行了测试。经测试,功放的小信号增益为16.5dB,回波损耗为-10d B左右,最大输出功率为36dBm,增益为15dB左右,最高PAE为60%。