作为一种无线短距离高速率的数据传输手段,WLAN最近几年来飞速发展并迅速普及。与此同时,WLAN标准也为了适应用户的需求而不断推陈出新。为了提高密集部署场景下的频谱效率与数据吞吐量,IEEE协议组织最近推出了新一代WLAN标准IEEE 802.11ax,因此应用于这一新标准的无线通信系统成为新的研究热点。射频集成电路是构建无线通信系统的基石,而MMIC功率放大器作为关系到整个系统的性能优劣的关键部件之一,更成为各个厂商和研究机构的研究重点。本文设计了一款应用于IEEE 802.11ax FEM的GaAs HBT MMIC功率放大器,该功率放大器适用于IEEE 802.11ax标准的5GHz频段,工作频段为5.15～5.85 GHz。本文总结了802.11ax的研究目标,根据现有的WLAN FEM产品技术参数,制定了功率放大器的各项技术指标。参考了现有的MMIC产品并对比分析了各种材料与器件的特性,将该MMIC功率放大器所用的工艺确定为InGaP/GaAs HBT。为了实现高增益和高输出功率的要求,该功率放大器采用了三级级联放大电路的结构,其中前两级为A类功率放大电路,末级为AB类功率放大电路,从而在实现较高效率的同时保证功率放大器的线性度。为了保证功率放大器在工作频段内的增益平坦度,该功率放大器的前两级在功率管的基极与集电极之间添加了一个串联RLC负反馈网络以补偿工作频带内高低端的增益差值;为提高功率放大器的线性度,采用自适应偏置网络进行功率管的基极偏置,保证大信号、高温度状态下功率管偏置的稳定;用基极平衡电阻来确保HBT管偏置的平衡性并防止HBT管的电流增益坍塌,基极平衡电阻采用每个HBT功率管与一个电阻串联的结构。该MMIC功率放大器采用了CAD设计,在仿真软件ADS2015中先逐级设计三级放大电路再进行级联,绘制了该功率放大器原理图并根据仿真结果对电路原理图进行优化。功放电路原理图设计完成后,根据电路原理图绘制功放的初步电路版图,为充分考虑到MMIC中的寄生效应的影响,根据EM仿真结果对版图进行调整与优化,经DRC确认符合工艺线规范后,得到满足设计指标的功率放大器电路版图。后仿真结果表明,该功率放大器在5.0 V馈电电压下得到的增益约为36.5 dB,1dB压缩点处的输出功率约为30.6 dBm。在1dB压缩点处,功率附加效率PAE约为37%,二次谐波和三次谐波分别在-50～-40 dBc和-80～-40 dBc范围内。此外,双音测试显示该功放在1 dB压缩点处的三阶互调IMD3约为-24～-22dBc,输出三阶截断点OIP3约为41 dBm。