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毫米波系统在精确制导、雷达通信、航天测控以及卫星通信等领域有着广泛的应用。在毫米波系统中毫米波接收机的噪声性能取决于接收前端的毫米波低噪声放大器。如今具有宽频带特性与低噪声系数的毫米波低噪声放大器是实现高性能毫米波接收机系统的关键因素，由此可见研制出噪声性能优异的超低噪声毫米波放大器对于毫米波系统具有极大的现实意义。在对国内外毫米波低噪声放大器的发展动态与现有水平的研究基础上，本文基于低噪声放大器的理论基础设计出了一款平衡式毫米波超低噪声放大器。本文首先介绍了低噪声放大器的基本理论及其性能指标，在对各种形式低噪声放大器特点之进行分析与比较之后，最终选择平衡式作为低噪声放大器的电路实现形式。在无源电路的设计中：对3种常用的3dB正交耦合器进行分析与建模仿真，并从中选择E面分支波导耦合器作为平衡式超低噪声放大器的3dB正交耦合器；同时还对Ka波段E面波导-微带探针过渡结构进行了建模与仿真。分支波导耦合器的仿真结果表明在29~31GHz频段内输入端口回波损耗大于27dB；端口隔离度均大于26dB；两输出端的相位差为90°±0.15°；两输出端口幅度不平衡度小于0.15dB。Ka波段E面波导-微带探针过渡结构的仿真结果表明在整个Ka波段26~40GHz内输入回波损耗大于20dB，插损小于0.12dB。在无源电路的设计基础上为了实现超低噪声性能，选用UMS公司的低噪声pHEMT管芯EC2612进行电路设计。单级电路输入端采用最小噪声系数匹配，输出端采用最大传输功率匹配。为了在较宽的频带内获得超低噪声，输入输出端口的匹配电路都采用双T型支节进行匹配。超低噪声放大器的仿真结果表明在29~31GHz频段内，单级电路噪声系数小于1.3，增益大于9dB；整个平衡式低噪声放大器噪声系数小于1.54，增益大于8.8dB。最后完成超低噪声放大器的实物加工与实验测试，测试结果表明：在29~31GHz频段内噪声系数小于2.6dB；增益大于6dB。