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近年来，采用硅基半导体工艺探索毫米波频段上的应用正逐渐成为学术界和工业界的研究热点。毫米波频率源是硅基毫米波集成电路设计中的一个难点，而目前国内有关40 GHz以上硅基毫米波频率源的研究报道很少。本文针对我国近几年推动的毫米波超高速无线通信标准Q-LINKPAN/IEEE802.11 aj(45 GHz)，在Q波段毫米波锁相环频率源芯片以及亚毫米波频段压控振荡器芯片等方面，开展了比较系统深入的研究工作。论文的主要内容如下: 第一章针对Q波段硅基毫米波频率源中的一些毫米波前端电路单元进行了分析，包括Q波段压控振荡器、Q波段注入锁定式二分频器等。在所设计的压控振荡器和注入锁定分频器中采用了共质心对称的交叉耦合对管版图结构，使交叉耦合对管的版图更加紧凑，减小了栅漏极连接线引入的交叠电容，以及寄生电容对电路工作频率范围的影响。基于90 nm CMOS工艺进行了实验验证，测试结果与仿真结果吻合度较好。测试结果显示，本章所设计的Q波段压控振荡器具有较宽的调谐范围(40.7-49.9 GHz，20.3％)，所设计的注入锁定分频器具有较宽的输入锁定分频范围(34-50 GHz，38％)。将所设计的压控振荡器应用到一个Q波段开-关键控(On-off Keying: OOK)收发信机芯片中，实现了5.5 Gbps的无线传输速率。本章中有关压控振荡器的研究成果已发表在国际期刊IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques(vol.62，no.9，2014)上，有关注入锁定分频器的研究成果已在国际会议IEEE MTT-S International Wireless Symposium2013上发表。 第二章研究了Q波段毫米波锁相环频率源的设计，包括Q波段锁相环中需要用到的其它分频链路以及鉴频鉴相器、电荷泵等模数混合电路的设计，采用90 nm CMOS工艺进行了实验验证。通过采用电流模式逻辑（Current Mode Logic: CML）D触发器，设计实现了工作在20 GHz附近和10 GHz附近的分频范围较宽的静态分频器。实验测得所设计的20 GHz静态分频器的输入分频范围达到9.5 GHz(47.6％)，所设计的10 GHz静态分频器的输入分频范围达到5.6 GHz(50.5％)。通过采用动态逻辑D触发器，设计实现了工作在5 GHz附近的动态数字分频器。通过级联二分频/三分频单元，设计实现了工作在5 GHz附近的数字可编程分频器。在电荷泵的设计中应用了增益提升单元以提高电流镜中晶体管的输出阻抗，减少沟道长度调制效应，进而提高了电荷泵中充放电电流的匹配程度。最后基于90 nm CMOS工艺制作了Q波段全集成锁相环芯片，实验结果显示该锁相环芯片能够在Q波段频率范围内实现正常锁定。 第三章主要针对Q波段毫米波频率源功率分配和补偿网络相关集成电路进行了研究。采用集总元件等效电路，缩小了多路功率分配器的版图面积，完成了Q波段小型化八路功率分配器的设计。通过采用电感、电容的简化等效电路模型进行理论分析和模型仿真，研究了电路中各个元件的寄生参数变化对功率分配器插入损耗的影响。基于90 nmCMOS工艺制作了该八路功率分配器的芯片，实验测得在37-49 GHz的频率范围内，该八路功率分配器的插入损耗在2.7 dB以内。该研究成果已发表在国际核心期刊IEEEMicrowave and Wireless Components Letters(vol.24，no.3，2014)上。为了补偿功率分配网络中无源器件引入的损耗，设计了工作在Q波段的毫米波放大器。针对毫米波共源结构放大器反向隔离度不理想的问题，提出了一种新型的使用任意耦合系数变压器反馈网络的放大器单向化技术。通过在晶体管的栅极和漏极之间引入电压-电流变压器反馈网络，改善了共源结构毫米波放大器的反向隔离度。基于90 nm CMOS工艺，给出了理论分析、仿真对比和实验验证。实验结果表明，采用本文提出的电压-电流反馈变压器单向化网络后，在41-48 GHz的频率范围内该Q波段毫米波放大器的反向隔离度达到40 dB以上。该研究成果已发表在国际核心期刊IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques(vol.61,no.11,2013)上。 第四章主要研究了硅基亚毫米波行波式压控振荡器。针对亚毫米波频段传统的集总电感、电容等器件不易设计和使用的问题，研究设计了采用行波-分布式结构的压控振荡器。使用基片集成同轴线作为主传输线，加载多个晶体管构成了行波式振荡器结构。利用基片集成同轴线外导体接地的特点，避免了信号线之间的耦合。采用三维垂直加载有源器件的方式，减少了连接线对振荡器振荡频率的影响。基于130 nm SiGe HBT工艺，设计制作了基波振荡频率在170 GHz附近，三次谐波频率在510 GHz附近的行波式压控振荡器，并完成了实验验证。