近年来，微波毫米波电路与系统一直朝着小型化、低成本、高性能和高集成度方向发展。一方面，随着微电子技术的发展，硅基微波毫米波单片集成电路逐渐成为国际上的研究热点;另一方面，作为微波毫米波系统的重要组成部分，新型高性能无源元件的平面化设计对于系统的集成也具有重要意义。本文围绕微波毫米波电路的集成化设计，分别对片上硅基CMOS集成电路和片外易于平面集成的高性能无源元件开展了比较深入的研究。论文的主要工作如下:　　第一章主要研究45GHz频段的CMOS功率放大器和低噪声放大器。功放采用三级cascode结构，其中第一级为单端放大器，后两级为平衡式放大器。通过在cascode结构中引入一种增益提升技术，功放的3dB带宽和带内增益平坦度得到了很大的改善。低噪放采用两级cascode结构。通过在cascode结构中的共源级和共栅级晶体管之间引入串联电感，有效地防止了共栅极晶体管寄生电容对放大器噪声的恶化。本章部分研究成果将在IEEE IWS2014国际会议上发表。　　第二章研究了一种基于弱反型偏置技术的宽带、低功耗、低本振功率的CMOS毫米波上、下变频器。尤其在下变频器的设计中，通过在其偏置网络中引入有源负载，有效地提升了下变频器的线性度及其在本振功率较高时的变频增益，而其在本振功率较低时的变频增益几乎不受影响。测试结果表明，引入有源负载后下变频器的ⅡP3提高了5.6dB，而代价仅是增加了1.8mW的直流功耗。本章部分研究成果已在IEEE Trans.on Circuits and SystemⅡ国际核心期刊上发表。　　第三章主要研究具有较高集成度的45GHz CMOS单片零中频发射机和零中频接收机。其中，零中频发射机包括一个三级功率放大器，一个90°定向耦合器、一个Wilkinson功分器和两个相同的上变频器。它在42-48GHz的频率范围内的变频增益为24.4-26.9dB，镜像抑制度大于17.9dB，载波抑制度大于25dB，饱和输出功率大于14.8dB。零中频接收机包括一个两级低噪声放大器，一个90°定向耦合器、一个Wilkinson功分器和两个相同的下变频器。它在42-48GHz频段内的变频增益为16.9-19dB，I/Q两路输出之间的幅度差小于0.9dB，相位差在83.9°-91.6°之间，具有较好的变频增益和平衡性能。　　第四章研究了一个支持数Gbps速率的低功耗、低成本的45GHz OOK短距离无线通信系统，该系统包括发射机芯片、接收机芯片和一对板上基片集成波导(Substratedintegrated waveguide: SIW)馈电的八木天线。发射机输出功率为7dBm，开/关隔离度优于50dB，功耗为61.6mW。接收机采用非相干解调，功耗为53.6mW。收发芯片与天线通过标准的键合工艺在PCB上进行集成，并利用片外精心设计的键合线补偿网络实现了宽带匹配，大大降低了系统封装的成本。此外，SIW馈电天线还为收发芯片提供了可靠的静电保护。该收发系统在4 Gbps的速率下的零误码率(BER＜10-12)传输距离达到了55cm，系统单位距离单位比特消耗的功率(Bit energy per distance: BEEPD)为0.52pJ/bit/cm。这是目前国际上所报道的传输距离最远和BEEPD最好的毫米波OOK无线收发系统。本章研究成果已投稿至IEEE Trans.on Microwave Theory and Technology。　　第五章主要研究微波毫米波系统中高性能无源元件（如滤波器、魔T和巴伦等）的设计。包括:1）提出了一种新型的基于1/4波长阶梯阻抗谐振器(SIR)的可控混合电磁耦合滤波器。对于N阶滤波器，最多可实现N-1个可控的传输零点。利用这些传输零点可以在滤波器阶数较小的条件下实现较好的频率选择性和阻带特性，从而有效地减小了滤波器的插入损耗和面积。2）利用SIW腔体的寄生模实现了具有良好阻带性能的SIW交叉耦合滤波器。通过合理利用滤波器中第一个腔体的寄生模（TE101模）和第四个腔体的寄生模（TE201模），在滤波器的阻带中引入了两个额外的传输零点，有效地改善了SIW滤波器的阻带性能。3）首次采用在SIW中嵌入带状线的混合SIW结构设计了宽带的平面魔T。该魔T采用E面的SIW功分器实现宽带的等幅同相输出，采用带状线到双层SIW的转接实现宽带的等幅反相输出。由于带状线到双层SIW的转接具有很宽的带宽，有效提升了魔T的带宽。4）首次采用基片集成同轴线技术对超宽带的单路巴伦和双路巴伦进行了研究和设计。为了改善巴伦的输入匹配和带宽，在巴伦平衡端的差分信号线中引入了一对四分之一波长阻抗变换器。此外还对该巴伦的输入阻抗进行了详细的分析，提取出了该输入阻抗所对应的特性曲线。通过这些曲线极大地简化了宽带巴伦的设计过程。本章研究成果已在IEEE Trans.on Microwave Theory andTechnology和IEEE Microwave and Wireless Components Letters等国际核心期刊上发表论文多篇。