随着氮化镓（GaN）半导体技术研究和发展,GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）单片微波集成电路（MMIC）也逐渐应用于卫星通信、雷达探测以及人们生活的方方面面。这些得益于GaN材料宽的禁带宽度以及异质结产生的二维电子气。GaNHEMT器件能够较好满足对高输出功率、高效率的要求,也推动了 GaN MMIC技术的发展以及器件模型技术的发展。因为GaN HEMT具有较为明显的非线性特性,所以模型非线性特性拟合的准确性直接决定MMIC设计的效率和精度。本文通过LC 一体化提参方法和并联子器件的方式改进了提参方法和模型结构,并且通过敏感参数、误差函数、权函数、经验-表格基混合的方式,提升漏源电流（Ids）非线性的拟合精度;研究了无源元件非线性行为的模型表征,建立了无源元件X参数非线性模型;应用谐波匹配方法以及频率拓展匹配方法,完成了一款高效率K波段MMIC功率放大器的设计与测试。本文的研究成果如下:（1）GaN HEMT器件小信号模型的研究。本节提出了 LC 一体化提参方法,并且针对Fin-like器件建立了并联子器件模型。首先研究了参数的提取方法。该提参方法考虑到寄生电感对提取寄生电容的影响,通过矩阵计算与拓扑简化相结合的方式,同时提取寄生电容与电感,形成了 LC 一体化提参方法。这样保证了各个参数初值的准确性,并且通过单次优化即可完成模型提参。经多偏置验证,S参数的拟合误差均小于3.6%。其次建立了 Fin-like器件小信号模型。基于Fin-like器件结构特点,该模型将器件的本征区域分为栅下的recess区域和non-recess区域两个子器件,通过GaN Fin-like HEMTs器件小信号模型的研究和器件本征参数特性的分析,应用子器件并联法建立Fin-like器件小信号模型。通过Fin-like器件与平面器件以及不同结构Fin-like器件进行对比表明,该模型能够准确表征本征参数的非线性特性。（2）GaN HEMT器件大信号模型改进和研究。本节通过敏感参数、误差函数等方法实现了模型输出曲线拟合精度的显著提升,同时通过跨导补偿技术,实现跨导曲线的高精度拟合。首先,本节通过敏感参数法和误差函数法,显著提升了 Angelov模型Ids的拟合精度。模型首先完成了敏感参数的选择,通过多项式对敏感参数在不同偏置下的变化进行拟合,同时引入误差函数,对线性区域的拟合误差进行修正。修正后的Angelov模型能够准确表征器件Ids的非线性特性,同时通过小信号、大信号的拟合,来验证模型的准确性。其次,基于GaN HEMT器件大信号模型跨导拟合进行研究。模型通过表格基模型与经验基模型相结合的方式,对跨导拟合结果进行补偿,提升跨导拟合的准确性。新模型对跨导曲线的拟合、输出曲线和转移曲线的拟合误差均小于0.02%;同时对大信号特性进行拟合,PAE拟合误差仅为修正前模型的30%,证明了跨导补偿方法的有效性。（3）无源元件的非线性X参数模型研究。本节基于X参数模型建立了能够拟合功率范围内的无源元件非线性特性模型。针对无源元件等效电路模型能够准确拟合元件的S参数,但无法表征无源元件不同功率下的非线性特性的问题,本节以实际制作的电容和电阻为例,验证了无源元件在大的功率动态范围内的非线性。通过X参数理论和测试系统,生成了能够准确表征元件在不同功率下的非线性特性的无源元件X参数模型。该模型能够应用于电路仿真软件之中,可以提升MMIC电路的仿真精度。（4）K波段高效率MMIC的电路设计。本节基于谐波匹配、频率扩展等方法实现了高效率、高功率K波段MMIC的设计。基于电路结构的特点,电路将功率合成网络与阻抗匹配相结合,简化了匹配结构,提高设计效率。通过频率拓展匹配技术以及谐波匹配技术分别进行级间匹配和末级匹配,实现了高效率K波段MMIC功率放大器的设计和制作,显著提升MMIC的PAE。应用先进的匹配技术及准确的器件模型,本文设计了一款高效K波段MMIC,使得在22GHz至25GHz频率范围内MMIC的实测输出功率、功率增益以及PAE的最小值分别为42.28dBm、20.28dB以及31.12%。综上所述,本文主要针对有源、无源器件的非线性特性进行了分析和研究,通过模型建立、提参方法的改进,实现了器件非线性行为的准确表征。同时,通过先进的匹配技术设计了一款高效K波段MMIC,能较好实现指标并具有国际先进的性能。