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随着科学技术的不断发展,毫米波在电子通信、雷达、制导、射电天文学和临床医学等领域的应用越来越广泛,相应的,对毫米波信号源的需求也日益增加。作为获得高性能毫米波信号源的一种重要方式—毫米波倍频器受到人们的广泛关注。如何实现高转换效率、低转换损耗和高谐波抑制度的倍频器,是目前研究的热点。本文采用0.1μm GaAs pHEMT工艺研制了平衡式和两级式两种结构的E波段(81-86GHz)三倍频器。本文取得的主要成果如下：(1)研究设计了27-32GHz和81～96GHz的Lange耦合器,可分别用在平衡结构三倍频器的输入端和输出端,进行功率的分配和合成；(2)研究了一种平衡结构三倍频器。采用平衡结构有效抑制了基波成分,pHEMT管偏置在过驱动class A模式下,有效抑制了二次谐波成分。重点分析了pHEMT管栅极偏置的选取,输入/输出阻抗匹配网络以及滤波电路的设计；(3)研究了一种两级结构三倍频器。电路的第一级为谐波产生电路,pHEMT管偏置在class B模式下,其输出以基波和二次谐波为主；第二级是上混频电路,pHEMT管偏置在class B模式下,将第一级输出的基波和二次谐波进行上变频,输出三次谐波。重点分析了第一级和第二级两个pHEMT管栅极偏置的选取,输入/输出阻抗匹配网络、级间匹配网络以及滤波电路的设计；(4)采用ADS Momentum对平衡结构三倍频器进行了电磁场仿真,该芯片面积为2mm x1.5mm。后仿真结果显示,在2V的电源电压下,电路的直流功耗为33.4mA。当输入功率为3dBm时,在输出频率86.25GHz处获得最大的输出功率为-4dBm,最小转换损耗为7dB,转换效率为0.6%,3dB带宽为18%(80.4～96.3GHz),在整个3dB带宽内,对基波和二次谐波的抑制度均大于25dBc；(5)采用ADS Momentum对两级结构三倍频器进行了电磁场仿真,该芯片面积为2mm x1.5mm。后仿真结果显示,第一级采用3V的电源电压,第二级采用2V的电源电压,电路的功耗为4mW。当输入功率为2dBm时,在输出频率87.15GHz处能获得最大的输出功率为4dBm,最大转换增益为2dB,转换效率为45%,3dB带宽为9%(81.9-89.85GHz),在整个3dB带宽内,对基波和二次谐波的抑制度均大于23dBc。本论文研究受上海市科委“科技创新行动计划”《E-band超高速无线通信毫米波信号源芯片技术研究》(13511500702)和中国科学院上海微系统所无线传感器网络与通信重点实验室开放课题《用于毫米波通信的频率综合器研究》(48103130)资助。