随着人们对高速无线通信需求的不断增加和半导体工艺技术的不断进步,毫米波技术得到了快速发展,使我们的生活发生了日新月异的变化。毫米波（millimeter wave）通信技术及其相关应用将覆盖我们日常生活的方方面面,除了在无线通信方面,毫米波技术在射电天文学、汽车辅助驾驶、医学检测以及安检成像等方面也具有广泛的应用前景。作为CMOS与InP价格与性能折中的工艺,GaAs pHEMT（pseudomorphic high-electron mobility transistor）工艺已成为商用收发器的主流工艺。该工艺结合毫米波应用,依靠高性能的器件可设计出多种高性能毫米波放大器电路。本文针对高性能毫米波接收机前端关键电路展开深入研究,主要包括毫米波超宽带（UWB）低噪声放大器（low noise amplifier,LNA）的设计研究、限幅低噪声放大器（limiter-LNA）的设计研究和温度补偿低噪声放大器的研究。主要研究成果如下:首先对有源及无源器件模型进行分析和研究,针对放大器电路中将要用到的pHEMT器件,建立了小信号等效模型,利用测试得到的不同偏置下的S参数提取小信号模型参数,同时,拟合结果具有较高的精度;分析了传输线、电阻、电容及平面螺旋电感的等效模型,从而为放大器电路的设计提供了尽量精确的无源器件模型;对低噪声放大器电路中的噪声源及pHEMT晶体管噪声模型进行研究,同时分析并研究了放大器电路的噪声、增益、线性度及稳定性等关键指标,为后面的设计奠定了基础。深入研究了低噪声放大器的带宽扩展技术及噪声抑制技术,并提出了一种基于多点谐振的带宽扩展及噪声抑制技术,并成功应用于共源共栅（cascode）结构来提升LNA的性能。在放大器的输入匹配、cascode结构的级间匹配、输出匹配及漏极直流偏置电路上,分别加入适当大小的电感,起到扩展放大器的-3 dB带宽及降低噪声系数（NF）作用。并应用该方法设计了一款五倍频程的UWB-LNA,测试结果表明,该LNA的-3 dB带宽为1-32 GHz,在-3 dB带宽内平均小信号增益为12.2 dB,NF为1.9-2.6 dB,增益1 dB压缩点输出功率(OP_1dB)为10.2-12.7 dBm,其品质因数（FOM）为1.3。对比了已发表的相近频带的III–V族化合物半导体放大器MMIC,在同时期已报道的相近频带的单片集成放大器（包括片上偏置网路）中,该五倍频程超宽带LNA具有最低的带内室温下NF,同时也具有较高的OP_1dB及FOM。研究了PIN限幅器与低噪声放大器的一体化设计方法,研究并分析了PIN二极管理论、PIN限幅器的原理及结构、限幅器及LNA的功率容量。提出了限幅器中PIN二极管结构的改进、PIN限幅器拓扑结构及LNA网络的改进,从而在保证limiter-LNA功率容量不受影响的前提下,降低了电路整体的噪声系数及芯片面积。并应用该方法成功设计了一款Ka波段基于PIN二极管的limiter-LNA MMIC,测试结果表明,在30-38 GHz频带内,其平均小信号增益为17 dB,增益平坦度为±0.6 dB,NF为2.2-2.6dB,同时具有良好的输入及输出匹配,该限幅低噪声放大器的功率容量为38 dBm连续波（CW）。在同时期已报道的Ka波段限幅器及limiter-LNA中,该limiter-LNA表现出了优秀的性能,包括更低的噪声系数、更高的功率容量及更加紧凑的面积。对晶体管及放大器电路的温度特性进行了深入的研究,HEMT晶体管的大部分参数都是与温度呈现负相关的,例如:漏极电流I_ds,跨导g_m,有效电子速度v_eff,阈值电压V_th等,这些因素的综合作用就导致了放大器的增益一般随温度的升高而降低。其次,对已报道的放大器的温度补偿技术进行了分析。提出了一种由GaAs台面电阻与Ni/Cr薄膜电阻相结合的精确的温度补偿网络,分别在-55℃、25℃及125℃三个温度点进行了精确的温度补偿。并设计了一款带有该温度补偿网络的超宽带LNA,测试结果表明,该LNA具有优秀的温度特性,在-55℃到125℃的范围内,其增益变化量仅为0.8 dB,在同时期已报道的超宽带放大器中,具有最低的增益变化量。该放大器可应用在汽车、飞机、仪器仪表及空间系统等具有复杂工作环境的应用领域。本文较为详细和完备的讲述了超宽带低噪声放大器及两种集成功能放大器即限幅器低噪声放大器和温度补偿低噪声放大器的设计方法,在LNA的带宽扩展和噪声抑制;限幅低噪声放大器的噪声抑制和小型化;放大器高精度温度补偿方面进行了深入研究并提出了有效的设计方法。