近年来,电子信息技术的发展推动了无线通信技术的迅速发展。快速发展的多媒体技术使得人们对无线通信系统速率等要求也越来越高。低频无线通信系统频谱资源紧张,信号传输速率较低,难以满足高速无线通信需求。而毫米波频段频谱资源丰富,且采用低阶调制即可实现信号高速率传输。毫米波通信技术给无线通信带来了新的研究方向和更多的选择。近十年来,人们对毫米波CMOS射频前端电路进行了大量的研究。作为收发机无线通信系统中最重要的电路模块之一,功率放大器一直是学术界和工业界的研究热点。采用CMOS工艺设计毫米波功率放大器具有高集成度、低成本等显著优势,不过也存在着输出功率较低、晶体管的增益较低、无源器件设计困难等问题。针对这些困难,本论文应用了一系列新的电路设计技术:采用伪差分共源放大器结构提高功率放大器的增益和隔离度;采用中和电容技术抵消了晶体管寄生效应;采用变压器匹配技术,并利用圆辅助变压器设计,减小了匹配网络损耗,提高了功率放大器的输出功率。在此基础上,本论文讨论了 CMOS工艺功率放大器的基础理论,简要介绍了 CMOS工艺中的无源器件原理、毫米波CMOS功率放大器的基本设计思路等部分,重点介绍了降低有源晶体管损耗的版图布局方式和变压器匹配网络设计。最终,基于TSMC40nm CMOS工艺,本论文设计了一款38GHz的毫米波功率放大器,初步尝试解决CMOS工艺毫米波功率放大器设计过程中存在的问题。本设计采用两级放大器结构,芯片核心面积为230μm×590μm。在经过电路设计、无源器件电磁仿真、版图设计和后仿真之后,最终完成了整个功率放大器的设计。仿真结果表明,在38GHz频率下,功率放大器的输出1dB压缩点和饱和输出功率分别为14.6dBm和18dBm,与之对应的1dB压缩点功率效率和峰值功率效率分别为15%和25%,小信号增益达到了 25dB。