随着现代通信系统的发展，集成电路的广泛应用，系统变得复杂，速度越来越高，尺寸越来越小，稳定要求却更高，其中信号传输的问题变得十分突出。信号对应的波长和多导体系统的横截面尺寸相接近时，现广泛采用的准静态方法将会有局限性，引入全波分析是必要的。同时为了使电路更为紧凑和有效，特别是在射频和微波集成电路中，立体多层结构逐步被采用，各种新颖的电路结构被提出。对于这类问题，电磁场全波分析也是必不可少的。电磁场频域分析方法因为其精度高，适用范围大而得到广泛研究。另一方面随着无线通信和自动导航雷达的发展，射频微波单片集成电路(RF&MMIC)因为其体积小、性能高、成本低已经成为其中主要的技术实现手段，各种功能的单片集成电路得到研究和开发。本文工作主要围绕高效率的频域全波电磁场数值计算方法和MMIC功率放大器的设计和实现。 针对二维时域有限差分法(2DFDTD)中网格划分存在的问题，提出了频域解决方法。在现有二维频域有限差分法的基础上，大大提高了计算效率，而且不同于一般牺牲存储空间来换取计算速度的做法，本方法在降低了矩阵阶数同时又减少了非零元素的个数，在存储空间和计算时间上都得到了提高。进而本文尝试了在特征值问题中引入吸收边界条件，通过将吸收边界线性映射入特征矩阵来使得特征方程包含开放边界信息。通过求解特征矩阵的主特征值来得到低次模式的传输和衰减特性。通过计算和比较可以发现其结果和其他算法是一致的，而且计算效率大大提高。 在现有的三维频域有限差分法(3DFDFD)中，所得到的差分方程将组成非常巨大的矩阵，其矩阵维数等于所有网格节点上未知电磁场变量的总数。虽然矩阵为对角稀疏形式，但其求逆过程的计算量仍十分巨大。本文从三维频域有限差分法出发，借鉴时域有限差分法沿时间轴步进计算的思想，提出了沿某一空间轴步进计算的三维空间步进频域有限差分法。在计算过程中，未知电磁场值只与其相邻节点有关，从而能够将计算限制于“本地”，避免全局求解大型矩阵方程，大大提高了计算效率。从某一给定初始面开始沿空间步进计算得到所有节点场值，在存储空间和计算时间上都大大减少。为了解决入射端口反射场分量在计算开始时未知的困难，针对频域稳态电磁场的特点，提出了从出射端口“逆向”步进的思想。从只包含向外方向传播场的端口开始，沿电磁场传播的逆方向进行步进计算，最终求出入射端口上的总场。算法的稳定性条件在文中也加以推导和分析。 分析了功率放大器的基本原理和特性。对功率放大器在各类工作方式下的功率特性、增益特性、工作效率以及线性度等进行了相应比较。简单分析了MMIC中无源、有源器件实现的方法和特点。设计并实现了单片功率集成电路，包括电特性设计、容差统计分析、版图设计、版图验证等方面。分析了功率芯片主要的封装方式和特点以及高功率下芯片在片测试与封装测试的方法。分析并验证了无通孔共面波导至微带的转换效应，发现缩短共面波导两侧接地板的长度和拓宽其宽度都能增加转换的频带响应，可以成为无通孔条件下过渡结构设计的方法指导。设计并建立了直流脉冲测试系统，解决了功放测试中的散热问题。讨论并分析了测试结果。