随着数据通信、无线通信以及航空航天系统的快速发展，高输出功率射频和微波功率放大器在许多应用领域变得越来越重要，如相控阵雷达、点对点无线通信和电子对抗系统等。随着通信设备的微型化，对这些功率放大器的高功率、高效率、低成本和小尺寸也提出了新的要求。砷化镓技术是目前用于实现高频率功率放大器的主流技术。然而，在许多的应用中，由于砷化镓晶体管本身的散热和电气特性的限制，也不能满足将来某些系统的要求。氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMTs）由于其突出的材料特性引起了广泛的关注。氮化镓作为第三代半导体材料的代表，其射频微波功率性能更加优良，在过去的几年中，高效率、高功率以及高电压操作的GaN HEMT器件已经逐渐的应用于无线通信系统中。本文首先对Ku波段功率放大器的设计方法及第三代半导体材料GaN相关内容进行了调研，归纳总结了Ku波段功率放大器的一些国内外研究现状及发展趋势。其次简单阐述了功率放大器的技术理论基础（传输线理论、功率放大器的主要性能指标、工作状态等），在此基础上着重研究了一个基于GaN HEMT的Ku波段的功率放大器的设计、封装以及测试。电路设计主要是基于TriQuint公司的GaN裸管TGF2023-02，利用射频电路仿真设计软件ADS设计了两个工作在Ku波段的GaN HEMT功率放大器。两款功率放大器均工作在频段12.5GHz~14.5GHz。其中，第一款Ku波段GaN HEMT功率放大器的整个电路采用驱动级和功率级的两级级联结构，以混合集成的方法实现。为了保证功率放大器在实现高效率的同时表现出良好的线性度，经过综合折衷考虑，我们将功率放大器的工作点设置为AB类。另外，为了增大功率放大器的输出功率，本文采用功率合成技术，选用威尔金森（Wilkinson）功率分配器将驱动级的输出功率均等分配，作为两路完全相同的功率级放大器的输入，并在电路的输出端利用Wilkinson功分器将功率级的输出功率进行合成输出。经过原理图和版图优化仿真，得出GaN HEMT功率放大器的小信号增益大于17dB，输入输出驻波比小于等于2.5，饱和输出功率约为46dBm，最大功率附加效率（PAE）为43%。第二款为Doherty高效率功率放大器，主要利用ADS仿真设计软件对功率放大器进行仿真设计。最后对几种可以提高功率放大器效率的技术进行了对比介绍，并主要介绍了Doherty高效率功率放大器的基本原理及应用技术。给出了Doherty高效率功率放大器的设计过程及仿真结果。设计的高效率Doherty功率放大器的小信号增益大于5dB，饱和输出功率约为46dBm，PAE为46%。仿真设计结果表明，以上两款GaN HEMT功率放大器基本实现了预期的设计指标。并对本文的主要内容进行了总结概况。