毫米波单片集成电路具有集成度高、功耗低、可靠性高、稳定性好等优点，在无线通信、雷达、遥感、精确制导等方面有着重要的应用。本文主要采用GaAs pHEMT工艺，较为系统地研究并实现了多种毫米波单片集成电路，并在此基础上实现了毫米波接收前端电路模块，主要研究内容包括：　　 (1)研究了在接近工艺截止频率的情况下改进低噪声放大器性能的方法。以最小噪声测量为设计依据，通过适当提高偏置电流的方法改善毫米波频段的增益，使得毫米波频段放大器在保持噪声系数较小的同时获得较高的增益。在此基础上研制了三种宽带低噪声放大器芯片，工作于28～40GHz频段。其中，第一种是两级低噪声放大器，增益最大为15.4dB、噪声系数最小约为3.2dB：第二种是三级低噪声放大器，增益最大为24.8dB、噪声系数最小约为2.8dB；第三种是四级低噪声放大器，增益最大为28dB、噪声系数最小约为2.5dB。　　 (2)研究了两种结构形式的分布式宽带放大器，对比了晶体管数量相同的两种结构在增益与功率容限方面的优缺点，可分别适应于不同的需求。同时在设计中采用电阻－电容结构代替传统分布式放大器中的终端电阻以降低直流功耗。第一种分布式放大器采用单级结构，工作频率范围为10～40GHz，增益为9.4±1.1dB，1dB压缩点最大输出功率为21.5dBm；第二种分布式放大器采用两级级联结构，工作频率范围为15～40GHz，增益为12.2±1.4dB，1dB压缩点最大输出功率为17dBm。(3)研究了直接多管并联和多路放大合成两种形式的放大器功率合成方法，在此基础上设计了两种驱动放大器芯片，其中第二种放大器在26GHz处的ldB压缩点输出功率为23.5dBm。　　 (4)研究了毫米波频段的多种混频方案。其中第一种是有源混频器，通过采用栅极混频结构与滤波元件实现了很高的隔离度，变频增益为0.6dB、LO-IF隔离度大于55dB、RF-IF的隔离度大于30dB：第二种采用平衡式结构实现了宽带镜像抑制混频器，其结构紧凑、性能优良，在24～40GHz频段内变频损耗小于10.6dB、镜像抑制度大于15dB；第三种是分谐波混频器，在设计中提出了新颖的输入耦合形式，并采用并联到地的二级管对混频结构，进一步拓宽了工作频段、提高了端口隔离度、减小了芯片面积，研制的混频器在18～40GHz频段内变频损耗小于13.5dB，芯片面积仅为0.66mm2。　　 (5)综合考虑插入损耗、隔离度与带宽等性能指标，采用并联型结构研制了低损耗单刀双掷开关芯片。在30～40GHz内插入损耗小于1.2dB、隔离度大于20dB。　　 (6)采用FET倍频方案实现了三倍频器，其直流功耗低、变频损耗小，在输出频率范围为35～36.7GHz内，变频损耗小于5dB、基波抑制大于20dB、2次谐波抑制大于35dB。　　 (7)基于130nm CMOS工艺设计了100GHz压控振荡器芯片，采用交互耦合式Push-Push结构实现较低的相噪，仿真指标为：在101.6GHz，输出功率为－6.2dBm，偏移10MHz处的相位噪声优于－116dBc/Hz。　　 (8)设计了X波段锁相源，同时结合自主研制的三倍频芯片，实现了毫米波锁相倍频源，输出频率可调范围为35～36.7GHz，相位噪声优于-92dBc/Hz@100KHz，输出功率大于4.8dBm。　　 (9)基于自主研制的低噪声放大器、分布式宽带放大器和混频器等芯片，实现了两种形式的毫米波接收前端。第一种接收前端采用镜像抑制混频方案，在28～31GHz频段内增益大于12.5dB，在本振频率为30GHz、输出中频频率为0.2～2GHz时，噪声系数小于4.4dB；第二种接收前端采用分谐波混频方案，结合SIW镜像抑制滤波器，在35.3～37GHz频段内增益大于15dB，在本振频率为17.5GHz、输出中频频率为0.5～1.5GHz时，噪声系数小于9dB。