随着有源相控阵雷达高集成度和小型化的发展,对功率放大器的输出功率、效率、尺寸等指标也提出了更高的要求。基于第三代半导体材料氮化镓(GaN)的单片微波集成功率放大器以其具有高功率密度、高效率、耐高温以及较强的抗辐射能力等优点正成为全球研究的前沿和热点,具有重要的研究价值和意义。而随着下一代雷达系统工作频率的提高,发展毫米波GaN功率放大器已迫在眉睫。本文在研究了GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的物理模型及无源器件的基础上,设计并制作了Ka波段GaN HEMT单片微波集成功率放大器,放大器采用二级四路结构,最终芯片实物在片测试取得了较好的结果。主要工作如下:本文首先分析了功率放大器中的有源器件GaN HEMT的物理结构及其工作原理;分析了单片微波集成电路设计中常用的微带线、电阻、电感、电容等无源器件,利用HFSS进行建模与仿真,分析得到无源器件的物理尺寸与器件取值、品质因数Q的关系。在以上研究基础上,完成了Ka波段GaN HEMT单片微波集成功率放大器的设计,主要涉及单级功率放大器设计、多级放大器的拓扑结构设计、稳定性电路设计、匹配电路以及功率合成网络的设计等。结合相关的流片工艺,利用ADS进行了电路的整体仿真,并通过ADS自带的Momentum工具进行了版图仿真和电磁场联合仿真,最终设计的功率放大器取得到了较好的结果。最后,对设计的功率放大器完成了芯片实物制作和在片测试,测试结果显示在33.5GHz~34.5GHz工作频带内,放大器输出功率大于34dBm,增益大于7dB,带内增益平坦度优于?0.5dB,功率附加效率高于8%,在34.2GHz频点处,输出功率最高达到34.9dBm,增益7.9dB,功率附加效率9.2%。