本文针对毫米波收发前端的关键功能电路,包括W波段单刀双掷开关、六次倍频、低噪声放大以及功率放大等电路,开展了电路中关键器件电磁建模、核心电路分析以及协同仿真设计等研究内容,并最终完成多种功能电路和相应版图的设计与制作。可靠的芯片设计离不开准确的器件模型,为了提高芯片设计的成功率,文中第二章首先利用全波电磁仿真软件对GaAs基片上电容、电感以及过孔等无源结构建立精准电磁模型,仿真和实测数据对比表明所建立模型与厂家模型一致性很好。此外,文中还探讨并比较了厂家模型较少涉及的GSG(地-信号-地)焊盘模型。作为典型的收发控制器件,单刀双掷开关一直是系统设计的关键。文中第三章基于GaAs mHEMT工艺设计完成采用行波概念的E波段宽带SPDT开关,仿真结果具有良好的插损和隔离性能。文中另外设计并制作了基于PIN二极管的W波段单刀双掷开关,该开关模块设计是为了满足W级功率输入场景应用。文中第四章基于GaAs mHEMT工艺,设计完成基于GaAs mHEMT工艺的W波段六倍频单片。可为毫米波收发前端中提供稳定的本振信号,相比较于毫米波振荡器的方式,倍频器和高质量的低频段频率源相结合的方式具有更低的相位噪声和更高的灵活性。在设计过程中,采用器件精准电磁模型,结合平衡式电路结构设计,并进行有源放大,仿真结果表明,该款单片设计谐波抑制、变频增益和输出功率指标良好。低噪声放大器作为接收系统的关键部件,位于整个接收电路的前端,几乎决定了整个系统的噪声系数。文中第五章基于GaAs mHEMT工艺,设计完成两款W波段低噪声放大器单片,分别是微带传输线形式和共面波导传输线形式。仿真结果表明,两款芯片具有很好的传输特性。在毫米波前端系统中,发射端功率放大电路是系统的重要部件。本文最后一章基于GaAs mHEMT工艺,从提高输出功率和放大器线性度出发,选择合理的电路拓扑和器件结构,采用经典威尔金森二进制功分电路结构设计完成W波段功率放大器芯片。仿真结果显示该功率放大器具有很好的功率传输特性。