氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）以其独特的材料和结构特性,具有高工作频率、高功率密度,以及高效率的特性,是目前无线系统的研究热点。随着GaN HEMT工作频率的升高,近年来在W频段获得突破,有望推动W频段无线系统的更新换代,因此对W波段的器件大信号模型开展研究,对加快GaN电路优化设计迭代,缩短研制周期,以及降低成本有重要意义。然而目前针对W频段GaN HEMT大信号建模仍存在负载牵引测试难度大、多物理场机理不清晰等难点,亟需开展GaN HEMT在W频段的大信号建模研究,突破精确描述高频寄生效应、短沟道效应等关键技术,建立准确的器件大信号预测模型,以实现W波段GaN单片电路的高效设计。因此,本文针对国产0.1μm GaN HEMT工艺,重点围绕器件高频效应机理,采用经典的Angelov模型和先进的测试技术,研究了W波段GaN器件非线性模型的建模方法及其测试技术。主要研究内容如下:1.W频段可缩放GaN HEMT模型研究。针对0.1μm GaN HEMT器件更为明显的漏致势垒降低（DIBL）效应,提出了一个基于Angelov改进的模型,通过改进电流源多项式的系数,提升了模型在毫米波级GaN HEMTs的精度,在此基础上建立了W波段热电缩放模型,建立模型的在Ka波段频率下,输出功率、增益和功率附加效率的精度分别可达97.4%、95.9%和95.2%。2.W频段GaN HEMT模型验证。针对目前W频段在片负载牵引测试难度大的问题,基于建立了W波段热电缩放模型,设计了两款输出功率分超过1 W和2W的微波单片集成电路（MMIC）进行验证,并采用模型后仿真优化建模技术的结果表明在92 GHz到96 GHz频段内,W波段热电缩放模型的输出功率、增益和功率附加效率的精度分别可达98.94%、96.8%和93.88%,有效验证了W波段GaN HEMT大信号模型的准确性。3.基于设计的GaN MMIC,开展了其模块的负载牵引技术研究。针对高频GaN器件负载匹配阻抗在Smith圆图外圈具有较大反射系数模值的问题,通过无源调谐器和预匹配技术搭建一套W波段负载牵引系统。系统测量显示直通功率增益误差为±0.5 d B以内,并对一款W波段1 W功率放大器电路进行测试,在靠近Smith内圈处得到了等功率圆图,验证了方案的可行性,易于搭建、经济高效,该系统可用于高频GaN HEMT大信号模型验证、MMIC电路设计验证和优化。