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随着第三代移动通信技术(3G)和新一代宽带无线网络的迅猛发展，无线局域网(WLAN，WirelessLAN)技术由于具有传输速度快、有效距离长、可靠性高的特点，与正在发展中的3G形成互补关系，成为世界各国建设下一代低成本宽带无线网络和信息产业发展的战略重点。WLAN技术也称之为Wi-Fi(Wireless Fidelituy，无线保真技术)技术，广泛应用于家庭娱乐、移动电话、PDA和游戏等嵌入式设备市场，主要标准有IEEE802.11a、802.11b、802.11g三种，主要工作在2.4GHz和5GHz两个频段。三种标准并存的局面，催生了覆盖两个频段的双模Wi-Fi产品的产生。Wi-Fi技术应用的日益增多，对应用于Wi-Fi设备中的射频(RF：Radio Frequency)元件的需求也大幅增长。Wi-Fi设备中射频部分最关键的元件是收发器和射频功率放大器(RF-PA：RF-Power Amplifier)，其中PF-PA是射频集成电路(RF-IC：RF Integrated Circuit)设计中的难点，是无线通信集成电路中的核心组件，具有很高的附加价值。RF-PA的性能与各种通信系统的通信质量密切相关，同时它也是系统中最消耗功率以及体积较大的电路组件。目前，国内厂商用到的RF-PA主要依赖进口，为了促进国内RF-IC事业的发展，研究和设计标准工艺生产线可以制造的低成本高效率RF-PA具有重要的意义。
效率和线性度是PA的两个主要指标。PA的效率决定着移动设备的通话时间和电池的使用寿命，提高PA的效率对无线通信系统来说相当重要。设计一个低成本高效率的PA，除了偏压点与阻抗匹配电路是重要的因素外，选择恰当的工艺非常关键。由于硅锗异质结晶体管(SiGe HBT)具有工艺简单、成本低、功率密度高、高频特性好、衬底热传导率大以及开启电压(～0.75V)和饱和压降VCE,SAT低，适合于低电压工作等特点，已开始用于设计RF-PA。当然，SiGe HBT击穿电压比较低，硅基衬底上制作高质量的无源元件难度大，使得采用SiGe工艺设计RF-PA具有挑战性。本文采用IBM最新开发的SiGe BiCMOS工艺，BiCMOS5PAe，设计了一种工作模式可调节的2.4GHz RF-PA。通过设计的新型的偏置电路，PA在输出低功率时处于偏置电流较低的低功率模式状态，而在输出高功率时工作在偏置电流较高的高功率模式状态，从而提高了PA的平均效率。
另一方面，为了提高频谱效率，现代通信系统普遍采用复杂的数字调制方式，要求PA保持较高的线性度，以保证信号的准确传输。本文将PA看作是一个非线性的系统，采用已知的信号激励这个非线性系统，并且用数学形式来描述这个非线性系统的输入输出关系，推导了PA产生非线性的根源。通过分析发现，利用器件的非线性对消机制是设计高线性高效率PA的基础。本文针对HBT器件，采用Volterra级数分析了HBT器件的非线性源以及部分互调分量相互对消的机制。
设计RF-PA可采用的另一种常用的器件是高电子迁移率晶体管HEMT。HEMT被公认为是微波毫米波器件和电路领域中最有竞争力的三端器件，它不仅具有优异的低噪声特性，而且具有出色的功率性能。HEMT可提供实用的增益，且其短沟道效应很小，制造步骤少，性能均匀稳定，工艺也日趋成熟。GaAs PHEMT器件还具有很高的效率。本文采用法国OMMIC公司的0.2μm GaAs PHEMT非功放工艺ED02AH设计了一种适用于802.11a标准的5GHz全集成的RF-PA。该放大器集成了输入输出和级间匹配所需的无源元件，大大减少了片外元件的数量，降低了成本，提高了PA的一致性和可靠性。
本文所做的主要工作总结如下：
⑴采用IBM最新的SiGe BiCMOS工艺BiCMOS5PAe设计了一种2.4GHz,可用于802.11b/g通信的RF-PA；
⑵设计了一种新型的偏置电流可调节的偏置电路，使得PA在低输出功率时处于偏置电流较低的低功率模式状态，在输出高功率时工作在偏置电流较高的高功率模式状态，从而提高了 PA的平均效率；
⑶采用Volterra级数分析了HBT器件中产生非线性的主要根源以及三阶五阶互调分量相互对消的机理；
⑷采用法国OMMIC公司的0.2μm GaAs PHEMT非功放工艺ED02AH设计了一种5GHz，可用于802.11a通信的全集成RF-PA。
本文的创新点如下：
①设计了一种新型的偏置电流可调节的偏置电路，并应用在2.4GHz SiGe HBT RF-PA的设计中。在3.5V电源条件下，PA在低功率模式下工作时，与工作在高功率模式下相比，其功率附加效率(PAE)在输出0 dBm时提高了56.7％，在输出20 dBm时提高了19.2％；②采用IBM最新的SiGe BiCMOS标准工艺BiCMOS5PAe设计了一种偏置电流可调节的高效率RF-PA，探索了在硅基工艺上实现片上全集成的可行性；③基于GaAs PHEMT标准工艺ED02AH设计了一种5GHz全集成的RF-PA，实现了低成本高可靠性RF-PA的设计。