随着下一代宽带高速通信系统和先进工艺技术的发展，通信频段进入了毫米波和太赫兹波段，带来了对毫米波系统和芯片技术的创新与革命，尤其对毫米波非线性电路的设计提出了新的要求和挑战。对于民用毫米波通信，国内外目前研究热点集中在60GHz和E-band(70-90GHz)。国内在这两个频段的单片集成电路或在片系统的研究处于起步阶段。本论文主要围绕60GHz和E-band的非线性单片集成电路的关键技术问题进行了探索性的研究，重点分析并实现了混频器、倍频器和移相器这三种毫米波通信系统前端应用的核心芯片，实测指标达到了国际同类发表论文水平。本论文的主要研究和创新工作如下:　　1.研制了两款四相位正交电阻型漏极混频电路。该类混频器既能实现单边带调制，又可以实现镜像抑制，具有很高的应用价值。优化了其电路性能，实测结果显示变频损耗在11dB左右，边带抑制度大于20dBc，芯片电路指标达到了国际同类电路的水平。在其片外中频正交网络的研究中，首先提出了一种新型的基于集总元件的宽带小型化巴伦拓扑结构，通过引入“尾电感”，在偶模等效电路中造成新传输零点来提高巴伦带宽;其次提出了一种改进型的基于集总元件的具有谐波抑制能力的90°耦合器，通过减小LC谐振回路的数目优化耦合器性能。　　2.提出了一种新型的平面Marchand巴伦的小型化实现结构，通过引入补偿电容和巴伦中耦合器之间的匹配枝节，使新巴伦面积约为传统Marchand巴伦的一半。并基于此巴伦研制了一款二次谐波有源跨导型混频电路。测试结果显示，在80-105GHz内混频器的变频损耗在-2dB左右，本振到射频端口隔离度大于35dB。　　3.研制了两款基于“Class-B”型的有源二倍频电路，分别采用平衡式和单管倍频的结构，工作在60GHz和E-band。利用二次谐波负载牵引技术优化电路设计，测试结果显示倍频器电路达到系统实用要求，并对两种电路结构进行了对比。　　4.提出了一种结合行波式结构和谐波控制方法的有源二倍频电路。利用行波式结构提高倍频效率;并通过引入各次谐波反射器，进一步优化倍频效率和基波抑制特性。测试结果显示二倍频器在85-110GHz范围内能够实现最佳3.2dB的变频增益，输出功率最大值为8.2dBm，最大效率约11.2％，基波抑制度大于30dBc。　　5.研制了一款60GHz的单片有源矢量合成式移相器。通过引入前置可变增益放大电路来减小不同状态下输出信号的幅度不一致性。优化前置可变增益放大器电路和四相位正交网络，减小不同状态下相位、阻抗不一致性对移相器相位精度和平坦度的产生负面影响。测试结果显示该移相器能够覆盖360°全相位移相范围，满足5位精度的移相需求，增益在5dB左右。