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雷达(Radar,radio detection and ranging)是主动发射电磁波,并利用被探测目标反射的电磁回波,对目标进行检测、测距甚至成像的无线应用设备。一般来说,雷达的无线收发组件比通信和导航的组件要求更苛刻,体现在前者需要高发射功率、宽工作频带和复杂的本振变频方案。如果雷达的功能涉及电子对抗,雷达发射机的线性度要求也不会比高性能的通信发射机低。此外,雷达设备,尤其是通道数量众多的相控阵雷达,往往具有严格的集成化、小型化要求。Ka波段作为毫米波段的第一个低损耗大气窗口,有利于雷达获得更远的探测距离,有相当多的雷达应用工作在这一频带。超宽带应用,有利于提高雷达的测距精度和成像精度,也是雷达领域的研究热点。本文围绕功率放大器和滤波器这两个雷达收发组件中的关键器件开展研究。涉及功率放大器的双音非线性特性分析与功放行为模型、Ka波段功放为主的MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)设计、以及超宽带滤波器的选择性增强和小型化。论文的主要内容与创新点如下:1.研究了功率放大器的双音非线性与电记忆效应。首先使用Volterra级数对双音激励下的功放进行电路分析,推导出了在非线性阶数不超过三阶、混频次数不超过两次时,功放IM3产物的完整解析公式,其中包含了表示栅极、漏极以及栅漏交叉记忆的IM3产物项。接着将本文的IM3电路分析结果转化成一个简化的GMP(Generalized Memory Polynomial)行为模型,设计加工了一个10瓦的GaN HEMT功放进行双音测量建模,建模的归一化均方根误差(normalized RMSE)只有0.6145%,这证明了本文的IM3产物公式有较高的精确性。最后指出了功放偏置电路和数字预失真电路时延抽头数的关系。这一系列分析,完整展示了从功放偏置电路、到IM3产物、再到功放行为模型、甚至涉及数字预失真电路规模的一系列转化过程,深化了功放电路设计者对相关机理的了解,可以指导线性功放、尤其是带数字预失真的高线性功放的设计。避免功放做出来之后,规模受限的数字预失真电路无法把功放修正到满足线性度要求。2.基于GaAs pHEMT工艺,研究了Ka波段功放为主的MMIC设计,涉及宽带功放匹配、功放芯片面积压缩、线性功放设计、低频稳定性与非线性稳定性、以及所用工艺的晶体管模型误差修正。提出了一种基于容性耦合双谐振器的宽带匹配技巧,设计出了一个工作频带32-40GHz的宽带高效率功放,测量数据显示,其带内PAE性能较高,在30%-35.5%之间。此外,利用本文提出的IM3解析公式分析了线性功放的设计技巧,设计了一个工作频带28-31GHz的两瓦线性功放,解释和强调了功放线性度(IM3)指标对栅极二次谐波阻抗的敏感性。完成了线性功放MMIC的第一轮设计、流片。扣除波导和金丝损耗(0.8dB)后,获得了31-33.6dBm的片上输出功率3.研究了高选择性超宽带滤波器、及其小型化的方法,此外也研究了如何在超宽带滤波器中实现深度衰减的陷波。总计设计了四款滤波器。提出了一种基于缺陷微带的超宽带滤波器,其尺寸相当紧凑,仅0.51λ_g×0.12λ_g。3dB相对带宽很宽,足有129%。其选择性在小尺寸超宽带滤波器中也较好,裙状因子S.F.=0.7。还提出了一种基于巴伦型CPW-微带过渡的超宽带滤波器,在体积和选择性上都有上佳表现。尺寸仅0.25λ_g×0.36λ_g,选择性为S.F.=0.9,并且实现了巴伦型过渡超宽带滤波器的带深度衰减陷波改型,实测衰减量41dB。