目前，由于无线应用多元化，造成频谱资源紧张，促使新兴毫米波雷达和无线通信迅速发展，这对毫米波系统提出了新的要求——更好的电气性能与更高的集成度。毫米波平面振荡器是毫米波平面集成系统的关键部件，它的性能好坏直接影响整个毫米波平面集成系统的性能以及功能能否实现。在毫米波频段，相位噪声是振荡器最关键的指标之一，因此对高性能低相位噪声毫米波平面振荡器开展研究，具有重大的现实意义。本文基于一种新型的平面传输线结构——基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide, SIW），对毫米波低相位噪声平面振荡器的设计和应用进行了深入研究，主要研究工作可概括为如下几个方面：（1）本文系统地介绍了基片集成波导结构（SIW），概括了其基本理论、电气特性和设计方法。（2）本文系统地介绍了振荡器的分析方法和设计理论，详细阐述了振荡器电路的相位噪声特性以及低相位噪声振荡器的实现方法。（3）基于电磁场仿真软件，对SIW谐振器进行了详细研究，包括：谐振频率、品质因数和能量耦合结构等。在此基础上，基于负阻理论，提出一种低相位噪声毫米波平面振荡器的设计方法。将一个新颖的机械可调SIW平面谐振器应用到W波段振荡器电路中，详细分析了SIW谐振器对毫米波平面振荡器性能的影响。实验结果验证了该低相位噪声毫米波平面振荡器设计方法的可行性。（4）在前期研究成果的基础上，针对毫米波平面系统对高稳定度、低相位噪声小型化本振源的迫切需求，本文基于SIW谐振器对W波段低相位噪声平面单频振荡器进行了详细研究，并利用国产GaAs Gunn二极管在低成本介质基片上实现了该平面振荡器。测试结果表明：该平面振荡器在94.78GHz输出功率大于9dBm，相位噪声为-108.56dBc/Hz@1MHz，具有可供工程实用的输出功率、相位噪声等性能指标以及紧凑的电路尺寸。（5）为了提升性能，现代毫米波系统广泛采用相参的工作体制，这要求振荡源能够实现频率的电调谐。基于变容管调谐的压控振荡器（Voltage-ControlledOscillator，VCO）具有调谐速度快、体积小、成本低、易于集成等优点，是目前VCO设计的首选。针对毫米波频段常用的基波锁相、谐波输出频率源电路的应用要求，本文对基于SIW的毫米波低相位噪声双端口平面VCO进行了深入研究。测试结果表明：设计的VCO能够同时工作在Ka和E波段。在基波输出端口，输出信号的中心频率为32GHz，调谐带宽大于120MHz，输出功率为6.04~8.75dBm，偏离载波1MHz的相位噪声为-114.7dBc/Hz；在谐波输出端口，输出信号的中心频率为64GHz，调谐带宽大于240MHz，输出功率为7.2~9.46dBm。（6）除了通过优化振荡器电路自身设计的方法来降低相位噪声外，还可以通过频率相参技术，如注入锁定（Injection-Locked，IL）技术，利用低频高性能参考信号来实现毫米波信号的低相位噪声和高稳定度。注入锁定谐波振荡器（Injection-Locked Harmonic Oscillator，ILHO）是毫米波频段常用的注入锁定电路结构，本文利用不同的基波注入端口耦合强度分析了不同注入功率对锁定输出信号相位噪声的影响。最后设计并实现了两个基于SIW的W波段平面ILHO，它们分别工作在90.176和94.6GHz。测试结果表明在不同注入功率情况下，注入信号的相位噪声和振荡器自由振荡的相位噪声对锁定输出信号相位噪声的贡献不同。