随着通信技术的发展,民用及军用通信系统都对微波射频器件性能提出了更高的要求,功率器件作为系统的核心一直是研究热点。如今功率半导体材料已经发展到了第三代,其中氮化镓（GaN）材料具有宽禁带、高势垒以及高电子迁移率等优点,基于GaN工艺的功率放大器微波单片（MMIC）输出能力大幅提升,极具研究价值。同时,通信系统对较低频段的占用已逐渐趋于饱和,急需发展更高工作频率的功放MMIC。本文基于GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）工艺设计了一款工作在Ka波段的GaN高功率高效率功放芯片,主要工作如下:论文首先分析比较了各功率半导体材料的重要参数,论述了GaN材料应用于功率器件的优势,介绍了GaN功率器件的发展历史和现状。然后介绍了功放的基本设计理论和选用的GaN工艺库,作为后文功放设计的基础。基于GaN HEMT工艺的4×50μm管芯,设计了一款工作在Ka波段的单级功率放大电路,使用电阻电容并联结构提升了电路稳定性,采用微带、电容的混合匹配结构实现了端口间良好匹配。经仿真验证,该单级功率放大电路饱和输出功率为29.7d Bm,功率增益大于9d B,最大功率密度为4.45W/mm。在单级功放电路的基础上,设计了该波段的高功率高效率功放MMIC。电路采用三级递推放大结构,末级16胞输出,整体结构严格对称,端口间一致性高。经电磁场联合仿真验证,功放电路在27-31GHz带内输出功率达到20W,功率附加效率达到30%。电路经过工艺规则检查,最终版图面积为3.8×2.9mm,等待流片进行实物测试。最后根据项目需要设计了一款工作在C波段的无源双平衡混频器,经过在片测试,该混频器在4.5-6GHz带内整体变频损耗小于7.6d B,中心频率处损耗为7.1d B,端口间隔离度大于25d B。