随着无线通信技术的迅猛发展,大功率半导体器件的市场需求急剧增加。第三代半导体材料GaN以其卓越的性能而备受关注,以GaN材料为基础的GaN HEMT器件无论在民用领域还是军用领域,都有着广大的应用市场。成功的电路设计需要以准确和适用的器件模型为基础,小信号模型和大信号模型都是微波电路设计中不可缺少的一环,是贯通工艺、器件和电路设计的桥梁。为了提高模型对电路设计的适用性,模型的高准确性和低复杂性是研究人员研究的重点。本课题来源于国家自然科学基金重大仪器项目双频非线性建模方法研究。本文以大功率半导体器件GaN HEMT器件为研究目标,对器件小信号模型、大信号I-V模型和C-V模型进行了系统的研究,组建了完整可靠的电路模型,主要研究内容概括如下:首先,基于器件本身的特性,使用一种19参数分布式的模型来进行小信号建模。在14元件模型的基础上,增加了三个极间寄生电容来描述器件的高频寄生效应。采用冷场法提取寄生参数,去嵌外围寄生参数的方式进行本征参数提取,最后在ADS中进行优化和调谐。结果显示,在1GHz⁶GHz范围内,小信号模型的仿真S参数与实测S参数之间的整体误差为4.375%。然后,进行了大信号I-V和C-V大信号模型研究。GaN HEMT器件具有明显的自热效应,传统的Angelov I-V模型单一的(1+λV_ds)项并不能对饱和区的I-V特性进行准确的表征。因此,在大信号模型中加入自热网络,改善了I-V曲线饱和区的拟合精度。此外,对I_pk和P₁参数进行了一定的修正,以表征它们与漏极电压V_ds之间的关系,提高了线性区和饱和区的拟合精度。结果显示,模型与实测I-V数据之间的均方根误差为2.1%,拟合精度远远高于传统Angelov模型。接着,改进了传统的Angelov C-V模型中的栅源电容C_gs的表达式,增加了参数B₀、B₁来描述C_gs在高V_ds区域的上升趋势,成功对栅源电容C_gs和栅漏电容C_gd进行了建模。最后,在ADS中使用电路模型仿真设计了工作频率为3GHz的AB型功率放大器,给出了功放设计的完整流程。结果显示,功率放大器的输出功率约为40.5dBm,增益约为14.5dB,PAE约为66.9%。