作为现代通信系统中的一个关键器件，无论是在射频、微波系统还是在毫米波、亚毫米波系统中，高效倍频器都对电子系统的整体性能具有较大的影响。随着通信技术的发展，高效倍频器的发展也十分迅速，特别是随着空间探测技术在毫米波频段的不断探索和开发，对毫米波频段高效、稳定、大功率信号源的需求也越来越迫切。相比于直接振荡频率源，利用倍频技术不仅可以提高频率源的稳定性和可靠性，也使得其具有频率可扩展性，将可用频段扩展至毫米波、亚毫米波甚至太赫兹频段。由于收发系统大多需要高功率输出的频率源，其性能的优劣一定程度上决定了收发系统的整体性能，因此开展高效倍频器的研究具有非常重要的现实意义。本文首先介绍了毫米波倍频器的发展与应用，特别是近年来其在国内外的发展概况；对微带传输线的传输特性与损耗进行了介绍，并重点分析了波导-微带过渡结构。同时，介绍了实现倍频的基本原理与典型的倍频结构。本研究基于肖特基二极管DBES105a分别研制了F波段无偏置三倍频器和F波段加偏置三倍频器，设计了两种F波段二倍频器；基于变容二极管5VA40-10设计了170GHz三倍频器和220GHz三倍频器。其中，倍频器的输入端口与输出端口均为标准矩形波导，基于石英介质基片实现倍频电路。本文首先采用电磁仿真软件HFSS完成各无源子模块的设计，再根据二极管的参数在ADS中建立其等效电路模型，最后将HFSS中的仿真结果导入ADS进行电路的整体仿真与优化，得到输出功率最优值。测试结果表明，当输入功率为17dBm时，对于F波段无偏置三倍频器方案1，在85~115GHz的频带范围内，输出功率在97GHz处达到最大值-1.1dBm；对于F波段无偏置三倍频器方案2，在85~115GHz的频率范围内，输出功率在88GHz处达到最大值0.86dBm。对于上述无偏置三倍频器，其主要特点是带宽较宽，可达到20GHz以上。对于F波段加偏置三倍频器，输入功率为15dBm时，在115GHz处倍频器的输出功率最高，可达到6.58dBm，倍频效率约为13%，在频带114.5~117GHz内，倍频器的输出功率高于5dBm，倍频效率高于10%。根据测试结果可看出，相比于无偏置的三倍频器，加直流偏置电压可显著提高倍频器的输出功率与倍频效率。测试结果在一定程度上证实了设计方法的可行性。本文对实验结果进行了分析并提出了改进意见，为进一步对毫米波倍频电路的设计与研究积累了一定的工程经验，对毫米波倍频器的发展具有一定的积极意义与促进作用。