众所周知,效率是衡量无线通信系统性能非常重要的一个性能指标,而射频功率放大器又是决定无线通信系统效率最为关键的器件。因此,如何实现高效率射频功率放大器的设计一直是通信领域的热门研究课题。近年来,谐波调谐和开关类功率放大器由于能够在维持较高输出功率的同时实现高效率而受到人们越来越多的关注。此外,通过多器件协同设计的方式将多个器件整合成一个同时具备多功能的器件很好地满足了当前通信系统小型化、高集成度的发展趋势,而且能够减少很多额外的损耗。因此,通过协同设计方法间接提升功率放大器效率也具有较大的研究意义。本文首先研究了高效率谐波调谐功率放大器的设计方法,并基于谐波负载牵引技术和晶体管CGH40010F的大信号动态负载线模型,通过ADS仿真设计了一款工作频率为2GHz,输出功率为38.69d Bm,漏极效率达81.53%的谐波调谐功率放大器。并进行了实物加工与测试,测试结果与仿真结果达到较好的一致。同时,为了进一步验证通过谐波控制方法提升功率放大器效率的有效性,本文研究了同样具有谐波控制特性的F类功率放大器的设计方法。并采用负载牵引、谐波控制、寄生补偿等技术,仿真设计了一款工作频率为2GHz,输出功率为41.25d Bm,漏极效率达79.07%的F类功率放大器。此外,基于功率放大器通常与滤波器协同工作的实际情况,为了间接提升功率放大器的效率,本文提出了基于协同设计方法设计F类滤波功率放大器。首先,从广义切比雪夫滤波器耦合矩阵综合理论出发,提出了两种综合同时具备阻抗转换和信号滤波功能的输出匹配滤波器耦合矩阵的方法。随后,根据综合得到的耦合矩阵,合成并设计了一款微带线输出匹配滤波器。最后,用其替代F类功率放大器的输出匹配网络,设计了一款输出功率为40.54d Bm,功率附加效率为60.44%的F类滤波功率放大器。仿真结果表明,相较于传统的滤波器加功率放大器的模式,基于协同设计方法所设计的滤波功率放大器提升了5%左右的效率和1d B左右的输出功率。