毫米波功率模块（Millimeter Wave Power Module,MMPM）是一种新型的工作在毫米波波段的微波功率放大器件,主要由毫米波小型化行波管、固态放大器及集成电源三大部分组成,具有体积小、重量轻、效率高、频率高、频带宽等优点。随着MMPM小型化水平的提高,温度过高和热量分布不均匀成为了制约其可靠性的关键因素。基于此开展MMPM的热设计研究工作,对于提高MMPM的可靠性具有重要的意义。本文主要工作如下:1.对MMPM的特点和热耗问题进行了研究,确定了热仿真优化设计的理论依据、仿真优化软件工具和总体优化设计思路。2.提出了一种不改变行波管主体结构的热优化设计方法。首先,根据行波管放大器的结构和功耗分布,建立了热分析仿真模型。然后通过软件仿真得到了现有结构下的热分布,结合行波管的工作原理对其进行热耗安全评估。在此基础上提出了一种不改变行波管主体结构的优化设计方法:通过外加嵌入型导热片对螺旋线结构进行优化,消除了螺旋线局部过热问题;通过对水冷板水路翅片间隙的优化设计,降低了整体温升。进一步通过仿真和实验验证了本优化设计方法的有效性。该方法具有良好的热优化效果,解决了局部过热问题,降低了整体温升,又避免对结构复杂的行波管进行重新设计。3.集成电源的热分析及优化设计。针对集成电源中磁性元件的发热问题,重点对PCB平面电感进行了电磁仿真及电磁热耦合仿真分析,研究了气隙及绕组的位置对绕组损耗的影响,为谐振电感的优化设计提供了依据。根据集成电源电路,建立了集成电源的热仿真模型,对集成电源进行了热分析以及优化设计。通过将集成电源和模拟负载连接进行测试,验证了集成电源热分析及优化设计的有效性。4.MMPM整机的热分析及优化设计。MMPM的温度过高、热量分布不均匀,严重影响MMPM工作的可靠性。基于此开展了MMPM整机的热分析,结合热分析的结果,为其选取水冷的散热方式使其工作在合适的温度下。通过对毫米波功率模块样机的温度测试,验证了MMPM整机热分析及优化设计的有效性。