相控阵是一种通过电子技术直接控制发送/接收电磁波束方向的多天线阵列技术。该技术具有高抗干扰能力、高信噪比、快扫描响应速度等诸多优点,在发展的早期广泛应用于军事、空间、天文等尖端领域。随着集成电路制造技术的飞速发展,相控阵技术逐渐走入人们的生活,在交通、通信、医疗、气象等诸多民生领域中有着极大的研究价值和市场前景。相控阵系统是一个由众多子系统构成的集数字、模拟和微波电路为一体的复杂系统,其中每个子系统的性能都会直接影响着整个相控阵系统的性能乃至功能。因此,对子系统中的关键技术进行研究有着重要的意义。增益控制技术主要应用于相控阵系统的射频前端,其典型的应用为衰减器,其功能在于实现对接收和发射信号的幅度/功率进行调整。而锁相技术在相控阵系统中具有多重用途,不仅可以用于产生本振信号,而且可以为数-模接口和数字信号处理模块提供时钟信号。如何在相控阵系统中充分发挥这两项关键技术的最大潜能,具有极高的研究价值。关于增益控制技术,国外已有关于硅工艺的衰减器研究报道,而国内目前主要的研究仍基于砷化镓工艺,而针对硅基衰减器的研究仍处于仿真验证阶段。关于锁相技术,目前国内外的研究主要围绕分数分频锁相环开展,其中针对如何在不减小其环路带宽的情况下有效地抑制量化噪声对锁相环整体噪声特性影响,是当今的热点研究之一。针对这一问题,已报道的解决方案中主要可分为模拟技术和数字技术。其中,前者虽然理论上可以实现较好的抑制效果,但是实际的抑制效果却受到模拟电路对工艺和外界因素影响的限制。而后者则正好相反,具有很好的鲁棒性,但是现有的数字技术仅能对高频偏处的量化噪声进行了抑制。基于上述研究现状,本论文基于衰减器对面向硅基相控阵的增益控制技术进行了研究,针对主要基于数字电路实现的量化噪声抑制技术进行了研究,相关工作具体如下:首先,在对衰减器性能参数和不同结构,以及硅基晶体管开关、片上电感和片上传输线模型分析的基础上,对集总式和分布式衰减器进行了建模与分析,并针对集总式衰减器提出了在衰减器参考通路和衰减通路中采用不同开关结构的方法和基于电感的附加相移补偿技术,用于减小衰减器的插入损耗和附加相移,同时提升线性度。为了验证所提出的技术,基于0.18 μmRF CMOS工艺设计了一款工作频段为5-10 GHz的集总式衰减器,其核心电路面积0.55 mm2。测试结果显示,该衰减器插入损耗<8.3 dB,附加相移均方根<9.1°,针对版图仿真的1dB压缩点为18.4 dBm。为了进一步减小插入损耗、附加相移和硬件开销,同时增大工作频段,本论文提出了一种采用π型、桥T型和简化T型结构组合的衰减器结构,其中简化T型结构用于实现较小衰减量的模块,而其他两种结构用于实现较大衰减量的模块。为了验证该结构,基于0.18 μm RF CMOS工艺设计了一款工作频段为5-20 GHz的集总式衰减器,其核心电路面积0.43 mm2。测试结果显示,该衰减器插入损耗<10.8 dB,附加相移均方根<12.2°。基于版图仿真的1 dB压缩点为15.6 dBm。对比已报道的集总式衰减器,这两款衰减器在插入损耗、硬件开销和线性度上更具有优势。其次,结合集总式衰减器衰减量大、硬件开销低的优势和分布式衰减器插入损耗小、附加相移低的优点,提出了一种混合两种结构的半分布式可变增益衰减器结构。为了验证该结构,基于0.18 μm RF CMOS工艺,结合电磁-电路协同仿真技术,设计了一款工作频段为5-14.5 GHz的衰减器。测试结果显示,该衰减器的衰减范围为32.52 dB,衰减步长可以在1.02-1.05 dB之间变化,且不影响其整体性能。此外,衰减量和附加相移的均方根分别小于0.84 dB和7.4。,芯片核心电路面积为0.78 mm2。该衰减器总体性能优良,衰减范围优于现有的分布式与半分布式结构的衰减器,而且衰减步长可以进行调整。然后,从锁相环与DAC之间的内在联系出发,提出了一种全新的基于时空均值的量化噪声抑制技术,该技术主要基于数字电路实现,利用多通道结构和矢量分频器,在单一 VCO相位的情况下,实现了即刻分数分频。理论分析显示,该技术在通道数为M的情况下,可以在全频率范围内将量化噪声降低log10M m(dB)。该技术中还采用了失配整形技术,解决了多通道结构中的失配问题。最后,为了验证所提出的量化噪声抑制技术,基于0.13 μm RF CMOS工艺设计了一款环路带宽1 MHz(=1/20fref)、输出频率1 GHz的ΔΣ分数分频锁相环,其中通道数为8。针对版图的后仿真结果证明了所提出的基于时空均值的分数分频技术对锁相环的环路动态特性没有影响,同时能够在整个频率范围内实现对量化噪声基底18 dB的衰减,抑制效果明显好于相同环路参数的传统分数分频锁相环和现有基于数字电路实现的量化噪声抑制技术。本论文基于衰减器对增益控制技术进行了研究,针对锁相技对分数分频锁相环中量化噪声抑制技术进行了研究。衰减器的测试结果和锁相环的仿真结果展示了本论文对这两项技术的研究成果的先进性和实用意义,为面向硅基相控阵系统进行高性能衰减器和锁相环的设计与应用开辟了新的方向。