相控阵（Phased Array）是一种天线单元相位可控的天线阵列技术,通过天线阵列单元来实现电磁波束的接收和发送。由于具有工作带宽大、抗干扰能力强和探测精度高等多种优势,相控阵技术被广泛的应用于高精尖军事领域和民用领域。相控阵系统是一个由T/R模块、馈电网络和数字模块等子模块构成的复杂系统,每个子模块的性能都会影响到整个系统的功能。增益控制模块作为构成T/R模块的关键部件,具有补偿不同通道之间增益偏差和减小旁瓣电平的功能,其研究极具前沿创新价值。因此,面向毫米波相控阵雷达对高性能衰减器的需求,本论文对数控衰减器的衰减精度、附加相移、插入损耗和线性度进行了研究与设计,对于支撑毫米波集成电路的发展具有重要意义。毫米波相控阵系统对衰减器的性能要求较高,其附加相移和衰减精度对相控阵的波束扫描精度尤为重要。本文首先介绍了有源衰减器与无源衰减器的性能参数,包括衰减范围、衰减步长、工作带宽、附加相移、衰减精度和线性度等,从小信号电路和相位传输函数等方面对各项性能指标的优化进行了详尽分析。其次,本文围绕如何在不降低衰减精度的情况下降低附加相移,对有源衰减器和无源衰减器展开了研究。为实现高性能的衰减器,本文结合超低功耗、高线性度的无源衰减器和低插入损耗、低噪声的有源衰减器,提出了一种有源衰减器与无源衰减器相结合的混合衰减器,并对其增益控制、附加相移和插入损耗进行了分析与优化。有源衰减器基于电流舵结构实现增益控制,引入附加共源共栅管和片上无源器件以降低附加相移。为了满足级间匹配,输入和输出分别采用源简并电感技术和电感峰化技术来实现阻抗匹配。无源衰减器基于π型衰减结构和深N阱工艺,其开关MOS管采用体悬浮技术以降低插损,并联信号支路中采用电容低通网络进行补偿以减小附加相移。本文基于SMIC 55 nm RF CMOS工艺,采用五位有源数控衰减单元与一位无源数控衰减单元相结合的结构设计实现了一个Ka波段低附加相移CMOS六位数控衰减器。版图经过多次迭代与优化,得到后仿真结果,该衰减器衰减步进为0.5d B,实现了31.5d B的动态衰减,RMS增益误差低于0.28d B,RMS相位误差低于3.5°,在全频段内输入/输出回波损耗优于10d B,插入损耗小于1.5d B,参考态的输入1d B压缩点为-1.46d Bm@30GHz。电路仿真结果表明,本衰减器同时取得了较高的衰减精度和较低的附加相移,证明了有源衰减单元与无源衰减单元相结合的混合衰减器的有效性,对于衰减器的研究与设计具有一定借鉴意义。