超材料(metamaterials)作为一个新兴的研究热点,以其独特物理性质在过去十几年中得到了广泛重视。伴随着现代无线通信系统的发展以及多种电子应用需求,低成本、高集成度以及良好的性能逐渐成为了通信、电子领域所不断追求的目标。利用超材料异于自然界媒质的性质,研究人员可以优化性能、减小尺寸,实现传统传输材料难以实现的功能。应用超材料传输线于硅基工艺(CMOS和BiCMOS)对毫米波集成电路而言,可以打破传统传输线结构的桎梏,优化结构、提高性能,推动硅基毫米波电路的进展,本文的主要工作以及创新点如下:首先,对谐振式和非谐振式两种结构的超材料传输线进行了分析,主要研究了其等效电路模型以及传输特性。其中,对于加载开口谐振环(SRR)传输线通常为单端加载形式,这种结构的超材料传输线的加载效率较低,通常需要增加所加载的SRR单元数以提高品质因数(Q值)。而差分式加载SRR结构相对而言明显提高了加载后的Q值,同时降低了传输损耗。本文对差分式加载SRR传输线做出了一定的优化,应用接地共面波导(GCPW)结构加载单SRR构成超材料传输线,实现了更小的尺寸以及较高的Q值。其次,应用所设计的加载SRR的GCPW传输线设计一款基于0.13um SiGe BiCMOS工艺的单刀单掷(SPST)开关。这款开关通过改变加载SRR开缝两端的晶体管基极电压来调谐SRR的谐振频率,从而令原本谐振频带内的高阻带向高移动,使原频带内呈现通带,实现开关两种状态的转变。根据设计内容进行仿真以及流片加工,使用所搭建的片上测量系统,得到其工作频率为58～59GHz,隔离度为13dB,插入损耗为2.1dB,且芯片面积按较小,核心尺寸为160*160um,同时根据仿真结果应具有较好的线性度以及开关速率。最后,通过对分布式倍频器原理的分析,提出了一种使用复合左右手传输线代替原有的二分之波长传统传输线的基波自抑制的二倍频器,随后基于0.13umSiGeBiCMOS工艺做出了尝试设计,所设计的二倍频器基频为140GHz,具有一定的基频抑制性能。希望得到分布式倍频器高转换增益、较大功率输出的优势,同时减小二分之波长带来的尺寸问题。