随着锁相环技术的迅速发展，锁相环在微波及毫米波等领域的需求增大。传统鉴相器存在输入范围小和输入频率低等缺点，已不能满足超高频锁相环的需求，同时，环路滤波器也是决定锁相环系统性能的重要模块，所以设计高性能的模拟鉴相器和环路滤波器是十分必要的。由于GaAs HBT具有器件速度快、相位噪声低和工作频率高等特点，因此成为超高频锁相环电路较为理想的选择。本文基于WIN1μm GaAs HBT工艺，在Gilbert单元的基础上提出了一种输入频率范围宽、工作频率高，并且输出摆幅较大的模拟鉴相器。同时，通过对环路滤波器的总结研究，设计一个二阶无源滤波器。最后通过Simulink对锁相环系统的稳定性进行验证。仿真结果表明，改进后的鉴相器可较好的工作在500MHz-20GHz，在整个频率范围内，鉴相范围从-180o到180o，其输出电压摆幅高于1V，尤其在10GHz时达到最大值2.5V。与传统的模拟鉴相器相比，鉴相器的增益、输出摆幅和输入频率范围均得到较大的提高。同时，环路滤波器相频曲线也验证了锁相环系统的稳定性。最后，在电路基础上完成其版图设计。