雷达系统中,功率放大器作为发射机前端必不可少的器件,其功耗指标直接影响电源的复杂性和整机的可靠性,因此高效率功率放大器研究是目前微波固态电路领域研究的热点。高效率的实现方法中E类、F类功放发展较为成熟,但由于微波频段开关类功放受充放电时间的限制,且在高功率微波单片集成电路(MMIC)中难以实现高次谐波控制,因此本文重点研究了基于谐波控制技术的高效率MMIC功率放大器方法。近年来,以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料以其宽禁带、高击穿电场等特性在微波固态功率器件中脱颖而出。氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)的高击穿电压特性可以承受谐波控制电路中较高的电压波动,因此研究基于GaN HEMT的谐波控制高效率功放设计方法具有较高的理论意义和应用工程价值。本文基于国产GaN HEMT工艺,围绕谐波控制理论,开展了以下两个方面的工作:1、二次谐波控制高效率功放研究。针对高功率MMIC放大器中电路复杂、面积小,难以实现谐波控制电路设计等问题,在设计基波匹配功放的基础上,研究了基于末级输出端增加二次谐波控制方法,实现了60W输出功率的C波段氮化镓MMIC功放,功率附加效率大于42.5%。实测结果与仿真结果相吻合。与未使用谐波控制的功放结果进行对比,该放大器在输出功率、增益都不低于基波匹配功放的条件下,使带内直流功耗降低了8W以上,有效提升了功放的效率。2、基于巴伦结构的谐波控制研究。为了进一步提升器件的效率,在不增加电路复杂性的前提下,探索了利用平面耦合巴伦结构抑制偶次谐波并对三次谐波进行控制的方法,达到了在控制谐波的同时减少输出信号中偶次谐波项的目的。仿真结果表明中心频率5.5GHz处的偶次谐波抑制度达到42dBc以上,解决了MMIC功放中输出信号偶次谐波分量消耗较多能量的问题。