GaAs基pHEMT器件因其高的电子迁移率和低的噪声特性已经广泛应用在无线通信系统射频集成电路设计中,尤其是对噪声和灵敏度高要求的射频前端低噪声放大器(LNA)应用中。随着现代无线通信系统的快速发展,对GaAs MMIC LNA性能指标要求越来越高,由于设计和生产性能优异的LNA需要精确的半导体器件小信号和噪声模型提供理论支持和设计依据,因此,建立精确的器件模型对LNA的电路设计和仿真优化至关重要。基于上述背景,本文重点围绕GaAs pHEMT器件小信号等效电路模型、噪声模型以及模型参数提取方法和低噪声放大器设计等方面展开工作,所取得的主要研究成果包括:1.介绍了GaAs pHEMT器件的基本物理结构参数,基于台湾Win半导体公司提供的0.15μm InGaAs Low Noise pHEMT工艺,建立了精确的GaAs pHEMT小信号等效电路模型。利用微波网络信号矩阵技术,提出了一种根据特殊偏置状态下的简化等效电路拓扑结构来分步提取模型元件参数的提参方法,通过与实测的S参数进行拟合与误差分析,表明所建立的小信号等效电路模型和参数提取方法具有良好的精度(S参数的幅度和相位误差分别低于6%和3度)和宽带(2~26GHz)等特性,为噪声模型分析和电路设计提供了必要的数据支持。2.从GaAs pHEMT器件噪声产生机理出发,采用噪声功率谱密度和待定噪声因子表达式表征噪声等效电路模型,改进了传统经验公式对噪声源的描述方法。针对高频下寄生元件引入的额外噪声影响,提出了一种基于噪声相关矩阵理论的简便通用噪声去嵌技术,同时考虑了栅极泄露电流产生的散粒噪声效应,修正了PUCEL和POSPIESZALSKI噪声模型的噪声因子解析式,完善了从噪声去嵌到提取噪声因子的GaAs pHEMT噪声等效电路建模流程。并通过噪声参数的仿真数据与实际测量值进行对比分析,验证了该建模方法的准确性。3.通过建立的小信号模型分析了宽带低噪声放大器设计时负载RLC网络对输入匹配的影响,对多频点匹配增益补偿的机制原理进行理论分析,从而提出了采用双边匹配和增益补偿设计思路,以实现全频带内具有优秀的回波损耗和平坦的高增益的要求。基于噪声模型理论分析,设计了8~12GHz三级CASCADE结构的宽带高增益低噪声放大器,包括电路拓扑结构的选取,输入输出级的电路设计,级间匹配电路的分析以及版图的布局优化,最终的后仿结果显示,在8~12GHz工作频段内,输入输出回波损耗小于-10dB,小信号增益为33.2±0.5dB,噪声系数小于2dB,全频带内绝对稳定,具有优异的噪声增益特性。