多媒体技术的不断进步对无线通信系统提出新的要求。当前的无线局域网（WLAN，比如802.11a/b/g）已经不能满足日益增长的传输速率要求。60GHz技术以其频带宽、衰减大、抗干扰力强、传输安全性高，超高速的数据传输能力，成为下一代无线通信系统的发展方向，是学术界和工业界的研究热点。当前，美欧日以及中国台湾的各大高校和研究机构纷纷开展60GHz技术研究，取得了显著的成果。自2006年以来，国外关于60GHz功率放大器的文献数量有了显著增长，电路性能也大幅提高。然而，相对于国外60GHz技术研究的蓬勃发展，我国对这方面的研究比较少。本文总结了60GHz CMOS功率放大器的研究进展，探讨CMOS毫米波功率放大器的挑战和设计考虑，并对60GHz功率放大电路进行研究与设计。其内容简述如下：（1）本文调研了60GHz CMOS功率放大器的相关文献，归纳出电路的典型结构及技术指标。截止至2010年，IEEE可见报道的60GHz CMOS功率放大器的饱和输出功率从2006年的8dBm提高到2010年的将近20dBm；功率增益从2006年的5.2dB提高到2009年的32.4dB；P1dB从2006年的6.4dBm提高到2010年的18.2dBm；PAE从2006年的7%提高到2010年的26%。（2）针对CMOS工艺下毫米波电路设计的挑战，本文进行较为深入的调研并详细探讨毫米波电路设计的方法。早期的60GHz技术主要采用化合物半导体（GaAs或InP）工艺实现，随着半导体技术进步CMOS工艺设计毫米波集成电路成为可能。然而，通过CMOS工艺设计毫米波电路还存在诸多挑战。在毫米波频段CMOS工艺高损耗、低品质因数的无源器件是电路设计的瓶颈。工艺厂商提供的器件模型不适用于毫米波频段，使得模型的精准性成为电路设计的最大挑战。同时，纳米的CMOS工艺使得晶体管栅氧化层更加减薄，供电电压和击穿电压也越来越低，限制了毫米波电路的输出功率使得电路设计需要与功率增益进行权衡。版图优化设计和电磁场仿真决定着芯片最后的性能，也同样至关重要。因此，毫米波电路设计时需要有区别于传统射频电路的方法。（3）设计了两种基于IBM 90nm CMOS工艺的60GHz功率放大器，一种是用G-CPW实现小感值电感的单端结构，另一种是通过变压器耦合及“电容单向化技术”的差分结构。由于器件和金属连线的寄生效应随着频率的升高而越来来越显著，传统的射频功率放大器设计中可以忽视的一些寄生效应已经不能被忽略。本文的单端结构电路设计时就考虑寄生效应的影响，采用CPW来实现金属线互连并将Bond Pad（已仿真得到寄生参数）带入电路的仿真。另外，本电路采用G-CPW实现小感值的电感，克服了工艺厂商提供的CMOS器件模型精确性不高的问题，并且利用CPW的寄生阻抗保证了电路的稳定性。电路芯片面积为1.2mm×0.7mm，目前已流片。本文的差分结构电路通过变压器实现信号耦合、阻抗匹配，并在第二级电路的MOS管之间添加一对交叉电容以抵消MOS管寄生电容CGD的反馈，实现电路信号的“单向化”。该“电容单向化技术”能在不降低增益的前提下提高电路的稳定性，并减少了“密勒效应”。电路芯片面积为711μm×796μm，目前已流片。本文较为全面地调研了毫米波电路的研究现状，总结60GHz CMOS功率放大器的研究进展，探讨毫米波功率放大器的挑战和设计考虑；在此基础上，设计了两种60GHz功率放大电路，为采用CMOS工艺实现毫米波电路，特别是60GHz功率放大器奠定了基础。