毫米波混频器是毫米波雷达、通信、遥感遥测以及测试设备等应用系统中的重要部件。在毫米波段实现高质量本振源难度大，成本高。毫米波谐波混频器的出现，使我们可以利用高质量的微波锁相源作为本振信号，极大降低毫米波系统的研发难度，减少系统成本。E波段(60-90GHz)蕴涵着极大的频谱资源，国内在该波段的应用研究尚未全面开展起来；研究性能可靠、成本低的谐波混频器对于开展E波段的应用系统研究具有重要意义。本文针对E波段六次谐波混频器的分析设计和工程实现技术进行了深入的研究，研制成功了E波段六次谐波混频器实验样品。作为其系统应用例子之一，对采用这种谐波混频器的双环锁相源系统性能进行了仿真分析。论文的主要内容包括： 1、以降低混频器变频损耗为目的，对常规的毫米波谐波混频器电路结构进行了改进。对电路中的支节线结构采用了增加扇形分支的改进方案，仿真结果表明，改进后的电路的变频损耗减小了2dB-3dB。 2、为了减小混频器整体电路的体积，并有效地抑制和回收混频产生的无用信号分量，在本振输入端采用了新型的半模基片集成波导耦合谐振滤波器，在中频输出端采用了DGS低通滤波器，并优化设计了具有良好匹配性能的射频交指滤波耦合结构。采用这些新的电路结构，可有效地实现谐波混频器中高性能、小型化的本振、射频及中频滤波电路。 3、加工制作了设计频宽为69GHz至75GHz的E波段六次谐波混频器实验样品，并进行了实验测试。变频损耗在设计频带的高端75GHz频率上为29dB，1dB压缩点为3dBm。在75GHz至75.5GHz频率范围内变频损耗小于31dB，本振一中频隔离度大于40dB。 4、谐波混频器是毫米波固态锁相信号源中的重要部件。作为上述谐波混频器的系统应用之仿真实例，本文最后还将该谐波混频器的电路模型和X波段微波锁相源仿真分析结果应用于E波段毫米波双环锁相源性能的仿真分析中，给出了锁定状态下毫米波锁相源的时域特性、频域特性以及相位噪声特性。