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随着通信系统的工作频率不断向毫米波亚毫米波频段的发展,要获得稳定性高和相噪特性良好的毫米波源变得至关重要。但是,直接获得频率很高的频率源是比较困难的,而通过倍频器可以基于频率较低的信号源实现非常高的频率源输出。倍频器的输出是基波频率的谐波频率,这样可以降低输入信号的频率,在工艺等各方面比较成熟的低频段进行。毫米波倍频器是毫米波系统中常用的部件,它是频率合成器和倍频链等毫米波设备的关键模块。近年来,倍频器也越来越多的用在毫米波超外差接收机的本振源中。随着倍频器的应用日益广泛,国内外对倍频器的研究也越来越多。鉴于此,本文的主要研究内容是基于先进的GaAs工艺和成熟的硅CMOS工艺分别设计了两种工作于60GHz频段的二倍频器。本文对毫米波倍频器的国内外研究现状进行了调研,综述了毫米波倍频器的发展及设计,比较了各种常见拓扑结构的优劣,并以此为基础确定了本文基本的电路拓扑结构;同时分析了有源倍频理论;然后利用ADS Momentum和HFSS对传输线、电感等无源器件进行了电磁场仿真及优化,为倍频器的版图设计提供了基础。基于TSMC90nm CMOS工艺,本文设计了一种低功率超紧凑的毫米波二倍频器。这个倍频器采用有源晶体管来产生输入基频信号的谐波,并在输出端抑制无用的信号。该倍频器的优点是转换损耗低、结构紧凑、芯片面积小、电路拓扑结构十分简单。经过设计规则检查(DRC)、版图与电路图一致性检查(LVS)之后,当输入频率在27~33GHz范围内时,电路后仿真结果为:转换损耗小于5dB,基波抑制超过25dB。栅极偏置电压为0.45V和漏极偏置电压为1.2V时,倍频器的总直流功耗是9mW。芯片面积(包含pad)为0.27mm2。基于GaAs工艺,本文设计了一种输出频率为54~66GHz的有源单端毫米波二倍频器。对整体电路进行了全波仿真,并实现了良好的性能。整体电路的全波仿真结果为:在工作频带27~33GHz内,输出功率大于0dBm,变频损耗小于5dB,基波抑制大于15dB,三次谐波抑制大于25dB。芯片总面积(含pad)为0.529mm2。