随着无线技术的快速发展,频谱资源变得日益可贵,毫米波频段逐渐引起人们的重视,其中W波段已成为当前研究热点。一方面,SiGe BiCMOS工艺由于精度高、尺寸小和可靠性高等优点而广泛应用于毫米波器件或系统设计中,因此,基于该工艺设计W波段器件和系统具有非常可观的前景。另一方面,三倍频器是毫米波信号链路中的重要器件,对整个系统有着重要作用。因此,本文将基于0.13μm SiGe BiCMOS工艺对W波段三倍频器进行具体的研究与设计。本文主要工作如下:第一章简要回顾了毫米波单片微波集成电路的研究背景及发展现状,简要介绍了毫米波单片微波集成电路工艺,简要总结了W波段倍频器的发展现状。第二章详细论述了二极管和三极管的非线性倍频理论,并对这两种倍频器件的单管和单平衡两种倍频结构的工作机理进行了具体的分析。通过对比发现:三极管倍频相对于二极管倍频而言,其性能更好,灵活性更高且应用范围更广,因此本文中所有设计皆采用三极管倍频。第三章设计了几种倍频器所需的无源器件:W波段滤波器应用于单管倍频器中,它采用了四阶1/4波长阶跃阻抗谐振器(SIR,stepped impedance resonator)加源负载耦合的形式,在通带外产生了四个零点,该结构克服了芯片级滤波器尺寸太大的难题,并通过调整低频阻带抑制来增加倍频器基波和高次谐波抑制;Ka和W波段巴伦应用于单平衡倍频器中,它利用工艺的多层结构并采取类似于螺旋电感的结构来降低其设计尺寸,并在设计中采用了补偿线的方法来降低其相位不平衡度,同时该巴伦也兼顾了带宽大和插损低两大优势。第四章在分析SiGe工艺器件模型的基础上,对三种三倍频器的设计进行了详细的分析,并利用射频仿真软件对其进行了完整的仿真验证。在偏置点的选取上,本次设计不仅给出了理论分析依据,并且利用仿真软件直接提取偏置点相关参数,理论与仿真相结合,使得设计更加可靠;其次,本次设计采用了负载牵引的方法来提取三次倍频器的源和负载最佳阻抗点,从而可以得到最大的三次谐波输出功率。第五章主要设计了三种三倍频器的版图,并简要介绍了本次设计的工艺流程和测试方法,该版图设计严格遵从工艺要求,最终版图已经符合加工要求。其版图部分仿真结果如下:在输入功率都为0dBm的情况下,单管倍频器在80~90GHz的带宽内插损为小于6.5dB,其3d B带宽可达22GHz以上,一次、二次谐波抑制度(这里的谐波抑制度是指谐波与输入基波功率之比)均大于25dB;单平衡倍频器在80~90GHz的带宽内插损为小于4.5dB,其3dB带宽可达30GHz以上,一次谐波抑制度大于18dB,二次谐波抑制度大于30dB;单平衡低插损倍频器在80~90GHz的带宽内插损在0dB左右,其3dB带宽可达27GHz以上,一次二次谐波抑制度均大于45dB。