射频功率放大器是无线通信发射机中的重要模块,主要功能是对射频信号进行无失真放大,并驱动天线将信号辐射到空间,实现信号的无线传输。随着移动通信的不断发展,对射频功率放大器的性能要求越来越高。功率放大器在保证输出功率的同时需兼顾线性、效率、带宽等各项性能指标。传统功放设计在线性、效率、带宽等指标上相互制约,而J类功放利用输出端二次谐波无功负载对电路工作状态的控制,在保持传统AB类功放所具有的输出功率与线性度的同时,具有更高的效率与更好的宽带特性。本文在充分研究与分析J类功放的工作原理后,基于福联集成电路有限公司2μm GaAs HBT工艺,通过在输出端添加并联电容作为二次谐波负载的方式,实现了中心频率在1.9GHz的J类功率放大器设计。本文首先介绍了GaAs的材料特性以及HBT的性能优势与等效电路模型。通过对不同HBT的性能仿真比较,确定了本次所采用的HBT类型;同时完成了在ADS版图下片上电感的设计。为了进一步提高J类功放的性能,考虑到晶体管在大信号下的自热效应,采用具有温度补偿并能够提升功放整体线性度的自适应线性偏置电路;通过在晶体管的输入端添加电阻、电容并联的稳定性网络,确保功放在工作时处于绝对稳定状态;采用电容、电感两级低Q值输出匹配网络进一步提升电路的宽带特性;在功放的输入端偏置处添加一对基极集电极二极管起到模拟预失真的作用,改善了功放的幅相特性,并提高了线性度。本文分别设计了两级与三级放大结构的J类功率放大器。在功放版图布局中晶体管采用“鱼骨”型排列避免电流分配不均对电路性能的影响。利用ADS软件,分别对整体电路进行了原理图仿真和版图与原理图联合后仿真。两级结构功放后仿P1d B达到27.5d Bm,增益29d B,PAE达到45%,版图面积932μm×768μm。芯片在负载牵引系统中进行实际测试,输出功率26d Bm,增益27d B。三级结构功放后仿P1d B达到30d Bm,增益32d B,PAE达到48%,AM-PM失真在3度以内,版图面积1229μm×923μm。本文基于GaAs HBT工艺,对J类线性功率放大器进行了研究与设计,完成了两级与三级放大结构的J类功放设计,设计结果达到预期要求,对移动通信端射频功率放大器的研究具有一定的参考意义。