随着通信技术的不断发展,各种无线通信应用层出不穷,6GHz以下（sub6GHz）频段的频谱资源已经被大量占用,而毫米波频段由于其丰富的频谱资源、较高的通信速率以及较宽的通信带宽而得到人们的日益重视,并且已经应用于人们的生活中,例如5G的毫米波通信、60GHz的高通信速率室内无线个人局域网（WPAN）以及77GHz的高精度车载雷达。过去,Ⅲ-Ⅴ族工艺的较高成本限制了毫米波技术在民用领域的发展与应用。近年来,随着硅基工艺的特征尺寸不断降低,晶体管截止频率持续提升,越来越多的毫米波电路在硅基工艺上得以实现,但硅基工艺固有的低耐压能力和高损耗也给毫米波电路的设计带来了挑战。本文基于两种不同的硅基工艺,对两款高增益、高输出功率的功率放大器进行了研究与设计。首先,本文介绍了标准CMOS、BiCMOS两种硅基工艺晶体管的结构与原理。然后介绍了毫米波功率放大器的设计指标以及分类,设计流程和拓扑结构,对功率放大器中常用的无源器件进行了详细的介绍,对常见的输出功率提升方法进行了总结。随后,基于SMIC 55nm标准CMOS工艺设计了一款60GHz功率放大器,采用一种平行线变压器结构作为输入与输出的巴伦,具有灵活的阻抗变换比例以及更高的自谐振频率。该功率放大器使用了三级共源级差分放大的电路拓扑结构以保证电路的稳定和高增益,采用了中和电容技术提升增益,通过变压器进行级间匹配以保证良好的带宽特性。仿真结果表明,该功率放大器的功率增益大于28dB,3dB带宽大于20GHz,60GHz的饱和输出功率为17.1dBm,峰值PAE为17%。最后,基于IBM 0.13μm SiGe BiCMOS设计了一款77GHz两路差分合成的功率放大器,采用两级放大结构,功率级为Cascode结构,提升了输出阻抗与增益,驱动级为共发射级结构,采用变压器实现级间匹配,设计了一款基于平行线变压器结构的功率合成器完成输出功率合成,该功率合成器具有良好的差分阻抗一致性以及较低的损耗,且保证了射频通路在功率合成网络上全对称。仿真结果表明,该77GHz功率放大器的功率增益大于19.6dB,77GHz的饱和输出功率为18.5dBm,峰值PAE为11%。可应用于77GHz车载雷达。