射频功率放大器作为通信系统中的关键元件,其性能的优劣对通信系统十分重要。优异的射频功放性能直接决定着整个通信系统的通信质量。在当今通信系统中为了获得非常高的数据传输速率,通信运营商使用了非常复杂的非恒包络调制技术。这对整个通信系统提出了非常严格的要求。而随着5G通信的普及,为了能覆盖更多的频谱,通信对带宽的要求也越来越宽。所以提升功放的效率和工作带宽是功放研究的重点。本文通过对宽带高效功放进行理论研究,基于谐波控制方法设计两款宽带高效率的F类功率放大器。论文首先通过对功放分类进行了简单的介绍,然后对功放的匹配方法以及性能提升技术进行了研究,包括滤波结构匹配技术、包络跟踪技术、异相合成技术以及简化实频技术等。然后针对F类功放的设计方法提出了一种功放滤波结构联合设计的方法,针对实现宽带F类功放的方法,提出了一种通过对功放漏极电压引入变化因子,使功放的基波和谐波阻抗有较大的阻抗变化空间,从而对功放的匹配网络就会有较大的设计自由度,这对超宽带功放的实现提供了一种可能。基于滤波匹配技术以及混合连续方法分别设计了两款宽带高效率F类功率放大器,第一款通过一种新型的环形滤波匹配结构实现对功放的高次谐波进行控制和频率选择作用,最终实现了在1.5-3.4 GHz频段内漏极效率达到62.26%-71.32%,饱和输出功率大于40.21 d Bm的有益效果。第二款是基于混合连续类功放的理论,使谐波阻抗不再限制在为零或无穷大的苛刻条件下,而是允许阻抗沿着Smith圆图边缘的等电抗圆附近的自由空间内变化,这极大的增加了阻抗设计空间自由度,有利于超宽带功放的实现。基于此方法,设计了一款工作在1.3-3.9 GHz(三倍频)频段内,在目标频段内实现了饱和效率处于61.2%-70.8%之间,增益大于10.2 d B,饱和输出功率优于40.5 d Bm的有益效果。本文通过对F类功率放大器的理论进行研究,分析了F类功放的主要设计方法,提出了新型的谐波匹配方法,同时在展望中也提出了F类功放面临的一些问题,希望为未来功率放大器的发展以及在通信设备中的应用提供一些有价值的参考。