毫米波功率放大器（Power Amplifier,PA）作为收发机关键电路模块,在发射机里产生足够能量激励天线辐射电磁波,在接收机里放大频率综合器的输出信号,提供足够幅度的信号驱动混频器。由于毫米波功率放大器具有较大功耗,加之较大工作频率带宽使得效率降低,功率放大器如何实现大带宽的同时保证较高的效率面临诸多挑战。因此,研究功率放大器的带宽扩展技术具有重要意义。III-V工艺的毫米波PA在效率、功率方面具有优势,但存在成本高、体积大、集成度低等劣势,迫使人们寻找经济的解决方案。CMOS工艺具有成本低、体积小、集成度高等方面的突出优势,为毫米波功率放大器的研究与设计提供了条件。本论文重点研究CMOS毫米波功率放大器的带宽扩展技术,为超宽带CMOS功率放大器设计奠定了技术基础。面向超宽带频率综合器的输出信号放大需求,研究了毫米波功率放大器带宽扩展技术,具体工作如下:针对毫米波功率放大器带宽扩展在匹配网络设计与优化方面的难点问题,分析了分布式结构、多级零极点调谐、微带线等超宽带匹配技术的不足之处,研究了变压器磁耦合调谐宽带匹配技术的电路原理与宽带优化方法,变压器磁耦合调谐宽带匹配技术具有更好的功率转换效率优势,进一步利用电磁建模与仿真方法对变压器进行了设计与优化,实现了高达25GHz的带宽,为毫米波功率放大器的设计提供了良好基础。针对超宽带功率放大器效率受限问题,分析了跨导增强技术和多电压技术的不足之处,研究了电容中和技术的工作原理,分析得出中和电容能提高最大可用增益,同时提高了电路的效率,对毫米波功率放大器的效率优化具有重要意义。基于上述研究成果,设计了一款工作频率为25-50GHz的差分中功率放大器,利用变压器磁耦合调谐带宽扩展技术对输入匹配、级间匹配和输出匹配进行了设计与优化,同时利用交叉耦合中和电容技术提高毫米波中功率放大器的效率。该中功率放大器基于SMIC 40nm RFCMOS工艺设计,核心面积面积为150μm*537μm（不含PAD）,在25-50GHz饱和功率大于10d Bm,功耗为34.49m W,附加效率27.1%。仿真结果表明,该中功率放大器工作带宽较宽,同时在效率方面具有一定优势。本文详尽研究了毫米波中功率放大器的带宽扩展技术,理论分析了变压器磁耦合调谐带宽扩展技术,同时采用交叉耦合中和电容技术提高了电路效率。通过电路设计、电磁建模、电路后仿真实现了超宽带的毫米波中功率放大器,具有带宽较宽、效率较高的特点,对于超宽带高效率的毫米波中功率放大器研究与设计具有借鉴意义。