随着无线技术迅速发展,Sub-6 GHz以下频谱资源十分拥挤,人们逐渐将目光投入到毫米波（mm W）及亚毫米波（Sub-mm W）频段。较其他感知技术而言,毫米波及亚毫米波雷达因具有探测距离远、抗干扰能力强、方向性好、空间分辨率高等特性在高速无线通信传输、汽车自动驾驶以及室内成像等领域有广泛应用,成为现如今广大学者探究热点。为此,本文采用成本更低、更易集成的CMOS工艺对24、77及300 GHz毫米波及亚毫米波雷达射频（RF）前端进行研究设计。主要工作如下:一、对于24 GHz FMCW/Doppler双模毫米波雷达接收机（RX）:针对由24 GHz双模雷达芯片发射机（TX）至接收机泄露导致RX低中频处闪烁噪声显著的问题,本文从射频路径、本振（LO）路径以及混频器（Mixer）三个方面创新性提出了多维度噪声贡献机制分析,并对毫米波及亚毫米波频段器件建模及放大器常用技术进行总结。在有上述理论及技术支撑的基础上,对24 GHz雷达RX模块中低噪声放大器（LNA）、缓冲放大器以及Mixer电路进行设计,从而获得优异的转换增益与噪声系数性能,该解决方案同样适用于更高的毫米波及亚毫米波雷达设计。24 GHz双模雷达接收芯片已成功流片并测试,芯片测试结果表明:Doppler模式下,24.125 GHz处转换增益为18.27 d B,最优噪声系数为23.67d B@900 Hz;FMCW模式下,最大转换增益为17.46 d [email protected] GHz,全频带内增益大于12 d B,最优噪声系数为9.1 d [email protected] k Hz。二、对于77 GHz FMCW相控阵雷达三倍频器（Tripler）芯片:相较于类似24 GHz这样较低毫米波频段雷达而言,77 GHz及亚毫米波雷达中为保证整体芯片的相位噪声及扫频带宽性能,倍频电路的存在显得十分重要。因此,本文首先介绍倍频器原理及分类,最终确定采用谐波倍频方式满足毫米波及亚毫米波频段宽带扫频雷达芯片设计,并针对二倍频与三倍频器各提出了三种谐波增强技术增强其转换增益。在此基础上,完成了本设计77 GHz FMCW雷达三倍频器芯片设计。目前,该芯片正处于待投片状态,其后仿真结果表明:在76～81 GHz内三倍频器转换增益均大于-8.5 d B,基波与二次谐波抑制比均优于30 d Bc。三、对于300 GHz超宽带FMCW雷达收发机（TRX）电路:在完成上述毫米波雷达射频前端先导性研究的基础上,本文完成300 GHz亚毫米波超宽带雷达收发前端设计。针对单通道TRX电路无法在亚毫米波频段实现150 GHz的超大带宽的问题进行讨论,最终确定将250～400 GHz整个频段划分为八个通道,每个通道占用18.75 GHz带宽的方案来解决该问题。对于TX模块,传统PA-Last结构很难在高频处得到所需输出功率,因此本设计采用缓冲放大器与倍频器结合的方案,其中缓冲放大器在相对较低频段提供功率增益,倍频器则在较高发射频率提供输出功率。本设计TX链路由两个二倍频器、一个三倍频器及多个缓冲放大器构成十二倍频链路实现发射功能。由于频段差异较大,本设计创新性提出“分段式”TX构建,其中,低频段（250～325 GHz）四通道TX链路采用3*2*2倍频方案,最后一级二倍频器采用push-push结构可将差分信号转变为单端信号与天线相接;高频段（325～400 GHz）四通道由于3*2*2倍频方案中最后一级二倍频前缓冲放大器所处频段已靠近200 GHz,此时驱动增益受限,最终采用2*2*3倍频方案。RX模块则采用首级为混频器（Mixer-first）的方案,配合单天线配置,将发射信号作为本振信号,后置中频低噪声放大器来提供增益抑制噪声,从而避免亚毫米波频段LNA带来的增益插损及噪声问题。另外,本设计还就TRX各通道切换提出了四分之一波长传输线开关方案,利用其阻抗变换与缓变特性实现通道之间平滑连接。目前,该亚毫米波雷达收发前端芯片只完成各通道核心版图,其后仿真结果表明:该雷达芯片收发机在TT工艺角下,150 GHz带宽内实现了-9.3～0.3 d Bm的输出功率,-4～4 d B的转换增益以及37.8～41.4 d B@390 k Hz,27.9～32.1 d [email protected] MHz的噪声系数性能。