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半导体材料和工艺的进步,推动着电子器件一次次的改革,进而不断地推动着电子信息领域的发展,从第一代以硅（Si）为代表的半导体材料,到现在以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体材料,半导体集成电路也发生了很大的改变。因为氮化镓化合物半导体材料优越的性能,已经逐步代替砷化镓（GaAs）在高性能功率放大器微波单片集成电路（MMIC）设计中的地位。相比于上一代的GaAs功放单片,GaN材料具有更大的禁带宽度、更高的击穿场强和更高的热导率,GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）具有更高的功率密度、非常好的宽频性能以及能处理更高的功率,因此可以减小单片的尺寸或使用更少的器件数量就可以满足射频系统的需求,基于以上优越性能,使得GaN功率放大器在超宽带、大功率放大器领域非常具有优势。因此基于GaN材料设计微波单片集成功率放大器电路是目前的一个研究热点。无线通信一步步的演变,使得可用的低频频率更为稀少,因此将更多的关注点放在了更高频率的毫米波频段上。5G通信技术涵盖了高达100GHz的频率应用范围,使得毫米波频段的功率放大器有了更大的发展动力。采用毫米波频段不但解决低频频段不够用的难题,同时也可以帮助终端设备更加小型化,由于毫米波频段的干扰源少,所以传输更加可靠。目前,毫米波波段微波单片集成电路主要用在各种先进的卫星通信系统和陆海空基的先进相控阵雷达。未来新一代的通信技术中GaN材料的功放也会发挥更大的作用,针对目前国内在40GHz左右功率放大器MMIC种类短缺的问题,开展了本课题工作。本文采用GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）工艺,设计了工作在38-44GHz频带范围内,饱和输出功率大于5W和8W的两款功放微波单片集成电路（MMIC）。电路采用三级级联放大结构,各级选取合适的总栅宽,利用ADS软件优化了电路最佳的匹配网络,输入输出匹配至50?,采用电磁场仿真技术优化的芯片尺寸为5.8*2.32mm2。在栅压(Vgs)为-1.5V、漏压(Vds)为26V、输入功率(Pin)为21dBm的条件下,电路在38-44GHz频带内测试结果为:输出功率大于37dBm,功率增益大于16dB,功率附加效率大于20%。使用Lange功率分配/合成网络合成,进一步设计了一款尺寸为6.03*4.8mm2的功率放大器芯片,在相同的测试条件下,输入功率变为24dBm,38-44GHz频带内输出功率达到39dBm,漏级效率达到18%,输入输出驻波分别在1.3和1.5之下。