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微波毫米波混频器与倍频器是通信、雷达、电子对抗、测试设备等电子系统的核心部件，高性能混频倍频理论与技术研究对于微波毫米波应用技术及亚毫米波技术的发展具有重要意义。本文立足国内现有技术条件，以降低混频器变频损耗和提高倍频器效率为主要目标，深入研究了微波毫米波混频与倍频电路理论和实现技术，并应用于多种高性能微波毫米波混频器与倍频器的研制，所取得的主要研究成果包括：
1、针对毫米波混合集成混频和倍频电路中波导-平面电路过渡结构寄生谐振的问题，对传统的波导-鳍线-微带过渡进行了改进，通过在鳍线基片安装槽位置处引入两排金属化过孔，有效地抑制了矩形波导安装槽引起的高次模寄生谐振，不但降低了过渡损耗，而且还能提高电路的可靠性。
2、应用改进型低损耗波导-鳍线-微带过渡结构和射频与本振信号回收技术，研制成功了Ka波段低变频损耗单端混频器。基于混频二极管等效电路模型，并结合电磁场仿真软件，优化设计了合理的输入匹配电路和有效的射频、本振信号回收电路。所研制的单端混频器样品实测性能指标为：在32.2GHz，最小变频损耗3.52dB；在29～34GHz，变频损耗低于5.68dB，且具有良好的变频损耗平坦度。
3、在高性能X波段单平衡混频器设计中，采用三分支定向耦合器耦合输入本振和射频信号，并设计了合理的本振、射频及空闲频率信号回收电路对其能量加以回收利用，达到了降低变频损耗、提高端口间隔离度、改善工作带宽的目的。研制成功了低变频损耗、高隔离度的X波段单平衡混频器实验样品，其性能指标为：在10～11.5GHz频率范围内，变频损耗6.4±0.7dB，平坦度良好；在10.6GHz，最小变频损耗5.67dB；RF-IF、LO-IF和LO-RF端隔离度分别优于27dB、24dB和14dB。
4、为了改善毫米波谐波混频器的变频损耗，提出了改进型V波段和E波段六次谐波混频电路结构。采取了综合的有用信号回收技术，即在邻近混频二极管管对处设计合理的分支微带线回收网络，实现了射频、本振频率和部分空闲频率的回收利用；对于不能通过分支微带线回收的空闲频率信号，通过设计合理的空闲频率带阻滤波器和相移网络，对这部分空闲频率分量呈现电抗性负载，实现其回收利用的目的。基于上述回收技术，分别研制成功了V波段和E波段六次谐波混频器实验样品。测试结果表明：V波段谐波混频器在53.55GHz的变频损耗最小值17dB，在所测试的50.2～51.35GHz和53.38～53.55GHz频率范围内，变频损耗小于24dB，LO-IF端隔离度大于35.7dB；E波段谐波混频器在73.5～75.5GHz频率范围内，测得变频损耗典型值为30dB，在74.4GHz最小值为26.3dB，LO-IF端隔离度典型值40dB。
5、提出了基于混频二极管阵列的毫米波高次谐波混频电路模型，利用该电路模型，可以在混频器设计阶段根据所要求的谐波次数，确定相应的二极管阵列、功分和相移网络，使空闲频率信号通过相位抵消得以合理的回收利用，这样不仅有效地降低变频损耗、而且还能提高端口之间的隔离度。基于上述高次谐波混频电路模型及设计技术路线，研制出了Ka波段新型四次谐波混频器。实测所得性能指标如下：在35～39GHz，变频损耗低于10.3dB；在36.4GHz，最小变频损耗8.3dB；LO-IF、RF-LO和RF-IF端隔离度分别优于30.7 dB、22.9dB和46.5dB。
6、针对高截止频率肖特基势垒二极管物理结构中所存在的各种不连续性和寄生参量影响，以UMS的DBES105a二极管管对为研究对象，分有源和无源两个部分进行模型参数提取，建立了该二极管管对的精确电路模型。对于有源部分，根据二极管的电流-电压和电容-电压测试曲线，提取其主要SPICE参数；对无源部分，采用全波分析方法，提取其S参数。通过拟合二极管S参数曲线，综合出模型中各等效集总参数元件的数值。所建立的二极管模型小信号S参数分析结果和二极管在片测试结果吻合得很好，从而证明了所建立的二极管芯片电路模型的正确性和可靠性。
7、基于混合集成技术，根据商用肖特基势垒二极管的电性能和结构特点，选取了D波段平衡式二倍频器合理的电路方案。基于上述二极管管对精确电路模型并结合场分析软件，对D波段二倍频器电路进行了优化设计。解决了硬件研制中基片定位、器件组装等工艺技术问题，研制成功了D波段二倍频器实验样品，获得了以下实验测试结果：当E波段输入信号功率为30～55mW时，倍频器在140-160GHz频率范围内倍频效率典型值为1.75％；在145.7GHz，最大倍频效率达到3.3％，输出功率1.5mW。
8、综合采取无源倍频和有源倍频技术，研制成功了性能优良的低杂散6GHz倍频源及12GHz倍频链。以提高输出信号杂散抑制为目标，提出了合理的倍频链技术方案，设计了高选择性的各级带通滤波器，利用工作在饱和状态的L波段HBT放大器实现0.5GHz至1.5GHz的三倍频功能，并利用低噪声HEMT器件实现后续1.5GHz至6GHz的四倍频功能。实验测得6GHz输出信号在12GHz频率范围内杂散抑制达-51dBc（商用倍频模块谐波抑制-24dBc）；以此作为激励源的12GHz倍频链输出信号在10GHz频率范围内杂散信号抑制优于-88dBc。