物联网、5G通信、无人驾驶等新场景对射频毫米波前端需求急剧增加,硅基工艺由于其高集成度和低廉的成本两大优点,在实现射频毫米波前端与数字系统完全集成时占据很大的优势。但是又由于其低击穿电压、高衬底损耗等特点,要实现功率放大器这种高功率模块完全集成仍然面临一定的挑战。MIMO技术的出现,系统对单个功率放大器功率需求降低,实现整个系统完全集成的可能性大大增加。本文主要研究在硅基工艺的限制下,如何设计出具有更优性能的功率放大器。首先,本文介绍了硅基工艺无源器件三大损耗机理,研究了无源器件和有源器件的版图物理结构、集总元件等效电路模型、表征参数及参数提取方法,为硅基毫米波功率放大器设计奠定了基础。在硅基工艺限制下,功率合成技术是实现高功率输出较好的解决方案,本文研究对比了片上功率合成技术。基于传输线的功率合成芯片占用面积较大,原理简单,易实现;基于变压器的电流或电压功率合成设计自由度高,在硅基工艺中应用广泛。其中,基于变压器电流功率合成的幅相一致性优于电压功率合成。采用共源共栅结构,基于65nm CMOS工艺设计了一款应用于24G FMCW雷达的驱动功率放大器,该驱动功率放大器的工作带宽为21.5GHz至26.4GHz,带内输入、输出匹配,OP1dB大于8.5dBm,Psat大于13dBm,Peak PAE大于16.5%。采用基于正反馈中和电容共射结构,基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺设计了一款应用于5G毫米波通信的功率放大器。该功率放大器第一个优点是输出级采用两路合成式电流复用技术来双倍提高供电电压,从而降低直流电流;第二个优点是通过利用前后级的AM-AM和AM-PM失真走势相反相消来提高功率放大器整体线性度。功率放大器在28GHz的仿真性能为:OP1dB为16.7dBm,相应PAE为28%,AM-PM失真小于2.4°,由1dB压缩点回退6dB时的回退PAE为12%。