随着无线通信技术的飞速发展,全球将步入5G移动通信的新时代。因而,具有高速数据速率(Gb/s)的毫米波(mm-Wave)通信系统在近年来受到了广泛关注。功率放大器(power Amplifiers,PAs)作为mm-Wave无线通信系统中的关键部件,对于通信系统的距离、工作效率有很大的影响。对于毫米波高频段PAs来说,工作频段较接近工艺特征频率f_T,在满足一定程度小型化的基础上,如何提高增益、效率以及输出功率是一个很大的挑战。本文的重点便是对mm-Wave PAs的研究与设计。本文的主要研究内容有两部分:1、设计了两种结构形式的差分正交耦合器:通过并行化两个单端拓扑结构设计了一款集总元件差分正交定向耦合器。该耦合器在84GHz-104GHz的设计频段内回波损耗(S11、S22、S33)小于-15d B,相位误差和幅度不平衡分别为1.5°和0.3d B。该技术允许根据终端元件的特定阻抗要求定制电路,且任意阻抗终端允许线性和非线性元件与耦合器直接匹配,而无需变压器网络;采用垂直堆叠多匝变压器结构设计了一款差分垂直混合正交耦合器,该耦合器依赖于两个相互折叠的变压器之间的磁耦合。插入损耗S21和S31在94GHz时均等于3.45d B,在84GHz-104GHz的20GHz带宽范围内,回波损耗S11、S22和S33均优于20d B。与传统的横向变压器耦合结构相比,垂直耦合的效果更好,从而在相对较宽的带宽范围内实现了小型化布局、低损耗、低相位误差和低幅度误差的优点。2、采用两个差分耦合器和两个相同的单端功放设计了一款平衡式PA,单端功放采用差分单级放大的Cascode结构。该PA在88GHz-100GHz频段内,S11小于-23d B,S22小于-15d B,输入和输出匹配良好,隔离度S12小于-27d B。在94GHz处,小信号增益为5.6d B,输出1d B压缩点功率约为10.4d Bm,核心版图面积为0.08mm~2。基于上述两个差分正交耦合器的PA在关键指标上均较好的满足了设计要求和应用需求,可应用于mm-Wave通信系统和无线电成像等相关领域。