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现代人类的便捷生活离不开各种无线通信系统的支持。作为无线通信收发机中的关键部件,功率放大器(Power Amplifier,PA)对系统的通信距离、工作时长以及体积大小都有着非常重要的影响。凭借高性能、小尺寸、高可靠性等诸多优势,单片微波集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC)技术目前已成为毫米波功率放大器实现的主流方式。本文基于0.15 um GaAs PHEMT MMIC工艺,设计研制出一款面向卫星通信终端应用的Ka波段高效率MMIC功率放大器。为了提高功放的效率,功放芯片被偏置在AB类,并在设计时特地优化了输出级匹配网络对二次谐波的抑制能力。设计的功放芯片的电磁仿真结果表明,在29 GHz~31 GHz频率范围内,功放的输入输出端口驻波比(Voltage Standing Wave Ratio,VSWR)小于1.8,线性增益大于19.2dB,1dB压缩点输出功率(P1dB)大于24 dBm,饱和输出功率(Saturated Output Power,Psat)超过25 dBm,饱和输出功率下功率附加效率(Power Added Efficiency,PAE)达到33.4%。当输出功率为24 dBm时,功放芯片的直流功耗为1.018 W。根据仿真得到的直流功耗,本文对功放芯片的热量产生及散热机制进行了分析,建立了功放芯片的热特性仿真模型,应用ANSYS软件仿真了功放芯片的热特性。仿真结果表明,在环境温度为45℃时,仅考虑传导散热的情况下,功放芯片工作时晶体管的沟道温度最高为90.5℃,没有超出工艺的最高温度限制。本文对流片加工的功放芯片的性能进行了在片测试。在片测试结果表明,在29GHz~31 GHz频率范围内,功放芯片输入输出端口电压驻波比小于2,线性增益达到19.2 dB,P1dB输出功率达到24.3 dBm,饱和输出功率达到25 dBm,饱和输出功率下PAE达到35.7%。当输出功率为24 dBm时,芯片的直流功耗为0.9 W。最后,本文使用HFSS与ADS仿真,设计并优化了芯片模块的腔体和外围电路,加工装配了芯片的模块,并对模块的性能进行了测试。模块的性能测试结果表明,在29 GHz~31 GHz频率范围内,模块增益最大为16.6 dB,输入端口驻波比小于3,输出端口驻波比小于3.6,在30 GHz时饱和输出功率达到25 dBm。与功放芯片的电磁仿真结果相比,除增益和增益平坦度外,芯片的在片测试结果均达到甚至优于电磁仿真结果。总体而言,本文设计的功放芯片基本达到了预期目的,可在实际的Ka波段通信系统中使用。