工作在毫米波频段的射频通讯系统是近年来的热门研究方向。毫米波频段的电磁波谱具有速率高、干扰少的特征,并且由于相关产品少,相关规定尚不健全,引发了各国对其的开发与研究。未来的5G通讯系统也将部分使用毫米波频段来完成通讯,这也使得各大公司相互竞争其标准的制定。随着CMOS工艺的特征频率的不断提高,原本必须使用化合物工艺来完成的毫米波射频收发机的电路模块,也能够使用标准的CMOS工艺来完成。功率放大器是射频发射机中的关键模块,其性能制约着整体发射机的性能。但是CMOS工艺由于其耐压能力与跨导等因素,导致基于其功率放大器的性能较弱。为了增强其性能,近年来涌现了多种技术手段,不断挖掘CMOS工艺的潜能,使得毫米波功率放大器,乃至毫米波射频收发机的实用性不断增强。对于毫米波电路性能影响较大的片上变压器,本文讨论了其原理、技术指标以及HFSS软件的建模、仿真的方法,并且对两种主要类型的变压器进行了改进,根据仿真结果比较其性能并总结了设计经验。本文基于40nm标准CMOS工艺,使用堆栈式的单级结构,设计了工作于160GHz的三级伪差分式功率放大器,并且使用了中和电容、片上变压器等技术来提升其性能。对比常见的共源级功放,本文在设计过程中逐步引入多种技术,以比较不同技术对最终性能的影响。在版图设计中,着重注意了对称性以及可能的寄生效应,使用了性能更好的通孔布局方案。最后的仿真结果表明,功放能在163.4GHz的频率下达到最高增益17.57dB,并且拥有7.7GHz的3dB带宽,其在160GHz下的饱和输出功率为6.04dBm,输入1dB压缩点为-13.9dBm,直流功耗为141.2mA。