在无线通信发展的过程当中,射频功率放大器一直是收发链路的重要组成部分之一,特别是在5G,物联网等新一代无线通信概念下对于射频功率放大器的功率、效率、线性度等传统指标提出了更多要求。而在应用中微波单片集成电路MMIC因其高集成度低成本的优势在通信领域中得到了广泛关注,由此如何在MMIC中实现优良指标的功率放大器成为了近年来的研究热点。而在MMIC领域,硅基集成电路相较于化合物半导体如GaAs、InP在性能上往往不能匹敌。但BiCMOS工艺的出现既保持了硅基低成本并且可与数字电路集成的优势,又提升了射频性能,成为了MMIC中CMOS与化合物半导体的折中选项,所以本论文将选定BiCMOS工艺为基础进行功率放大器设计。同时在通信链路中功率放大器因其高功耗特性是降低整体系统功耗的重要突破口,所以设计出高效率的功率放大器具有重要意义。得益于数字信号处理技术的长足发展,对于功放线性度指标的要求进一步降低。传统的线性功率放大器如A类、AB类放大器因其理论效率不高在高效率功放研究中逐渐让位于非线性功率放大器如E类、F类功放。本论文将以非线性功放设计方法为研究重点,设计并测试一款逆F类功率放大器。本文的研究重心有如下三点:一,针对如何使功率放大器前后级间拥有最大的功率传输,本文采用了负载牵引的设计思想,通过对前级驱动放大器进行负载牵引得到最佳的负载阻抗并进行级间匹配,使得后级放大器可以获得最大的功率输入,仿真结果表明驱动级功放最高的输出功率为10dBm左右;二,针对传统的线性放大器效率不高这一弱点,本文放大级采用了开关类功率放大器设计方法,提高了功率放大器的功率附加效率,仿真结果表明功放在工作频段内最高的功率附加效率可达40%左右,而测试结果表明功放在工作频段功率附加效率最高为36%;三,针对逆F类功率放大器要求的输出高次谐波控制,本文采用了L-C谐振网络为基本单元的配套电路,并且为了优化谐波控制效果采用了电磁场仿真的手段对电路参数进行了迭代改良。综上所述,本论文结合研究热点和工程需要,采用0.13μmBiCMOS工艺设计并流片测试了一款工作频率在K波段19-24GHz,小信号增益大于14dB,输出1dB压缩点高于15dBm,功率附加效率高于30%的逆F类功率放大器。在设计中采用了两级级联的拓扑结构,并采用了稳定性补偿电路,负载牵引技术以及谐波控制网络设计以实现高效率高增益等功率放大器特性。