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3mm波属于75-110GHz的W波段,是现代许多军用卫星、雷达等设备工作的一个重要频段。功率放大器(简称功放)则是W波段微波系统中重要组成部分之一,相比混合集成电路(HMIC)功放,单片微波集成电路(MMIC)功放具有体积小、可靠性高、易于量产等显著优势。然而由于有源器件最大电流截止频率(Tf)等因素的限制,相比低射频段的功放,W波段MMIC功放的增益和输出功率普遍较低且设计困难,同时由于技术封锁等原因在市场上也较难购买。因此针对此问题研究和设计W波段MMIC功放具有显著的实际意义。本论文基于WIN公司的0.1um栅长的GaAs pHEMT工艺,设计了2款符合指标要求的W波段MMIC功放并生成了流片版图,主要工作如下:首先简要分析了W波段MMIC功放设计中的难点,综述了国内外基于CMOS、GaAs、InP、GaN不同半导体工艺的W波段MMIC功放的研究现状与发展趋势,对上述不同工艺的W波段MMIC功放的特点进行了对比总结,然后指明了本论文研究的意义。其次分析了MMIC工艺的选择及本文采用的PP10-10工艺的基本特性与设计中用到的元件,介绍了MMIC功放设计中如矩量法、负载牵引等基本理论后,研究了W波段下MMIC功放设计中如设计方法、有源器件选择、接地、功率合成等关键技术,为W波段MMIC功放具体设计奠定了技术基础。然后根据设计指标要求,提出了两种可实现的电路结构,基于ADS2013软件和PP10-10工艺库以第一种三级两路功率合成结构的功放为例研究并详细介绍了两款W波段MMIC功放的设计方法与过程,这也是论文工作的重点与难点,最后再根据大信号仿真结果并结合GaAs pHEMT沟道的Cooke热模型,对设计完成的功放进行了热分析。基于Momentum的版图仿真结果表明:两款W波段MMIC功放工作中心频率均为94GHz,其中第一款功放线性增益大于16.5dB,输入输出回波小于-15.3dB,3dB带宽为4.5GHz,饱和输出功率和功率增益分别大于22.5dBm及10.5dB,功率附加效率(PAE)大于8.4%,芯片面积为2.1mm×1.1mm;第二款功放线性增益大于20.8dB,输入输出回波小于-21.8dB,3dB带宽为3.5GHz,饱和输出功率和功率增益分别大于25.2dBm及12.2dB,PAE大于9.7%,芯片面积为2.8mm×1.8mm。