随着科技的迅速发展,人们对信息通信的要求也越来越高,对通信的速度和信息容量也提出了更高的要求。并且由于日益紧缺的频谱资源,使得人们将目光转移到了毫米波上。Ka波段(26.5GHz-40GHz)属于毫米波的低端,该频段具有以下优点:首先Ka波段具有13.5GHz的频段跨度,具有很高的频带宽度;其次由于该频段的开发利用较少,并且在大气中的衰减要比毫米波高端频段的衰减小,具有很强的抗干扰性;最后,Ka波段的产品能具有更小的体积。无论是相控阵雷达,电子对抗,还是卫星通信,功率放大器都是其重要的组成部分,其性能的好坏直接影响到整个系统性能的好坏,因此对功率放大器的研究具有非常重要的意义。微波单片集成电路(MMIC)是一种新型的微波电路,其工作频率通常能从微波低端到毫米波高端甚至太赫兹频段。与传统的混合微波集成电路相比,微波单片集成电路因为采用内匹配结构,在电路加工完成后基本就稳定不变,所以具有很高的可靠性和使用寿命;同时,微波单片集成电路一次制模就能不断的重复制作,具有很强的再生产性。不仅如此,微波单片集成电路还具有电路面积小,工作频带宽等优点。但是,由于微波单片集成电路流片后不能更改,所以给设计者也提出了不小的挑战。正因为如此,对微波单片功率放大器的研究具有很重要的意义,如何设计出性能更好,体积更小,稳定性更高的微波功率放大器成为国内外研究的重点。基于上述原因,本文设计了两款Ka波段的单片功率放大器,其中一款基于前沿的第三代半导体GaN HEMT工艺,GaN HEMT具有功率容量大,工作效率高等优点,是实现功率放大的理想器件。但是其工艺不成熟,模型不准确,价格昂贵等缺点制约了其应用。另一款则采用了比较成熟的GaAs工艺,其主要优点是工艺成熟,模型准确,性价比高,但是功率密度不如GaN高,并且晶体管击穿电压较小,制作大功率器件时往往需要多个晶体管进行功率合成,使得设计电路复杂,损耗过大。本文对设计中使用的晶体管进行了分析,确定了适合电路指标的晶体管,并选取的合适的直流偏置以保证晶体管工作在最佳状态。电路方面,进行了负载牵引,匹配的设计,稳定性的设计,放大器整体电路的设计和功率合成设计,完成了两套Ka波段放大电路的设计。最后设计出的GaN功率放大器实测指标为:频率为32~38GHz,增益大于17dB,输入输出驻波小于2,效率大于25%,饱和输出功率达到32.5dBm,芯片尺寸为2.45mm?1.3mm。设计出的GaAs功率放大器仿真指标为:频率为32~38GHz,增益大于14dB,输入输出驻波小于2,效率大于20%,饱和输出功率达到30dBm,芯片尺寸为2.85mm×1.45mm。通过对两款功率放大器进行对比,可以看出,GaN功率放大器无论是在指标性能,还是在电路尺寸上,都远优于GaAs功率放大器。GaN新型工艺在功率器件的设计中具有巨大的优势和应用前景。