频率综合器一直是通讯、雷达系统中的重要组成部分。频率综合器的小型化和高性能是目前的研究趋势。相较于传统封装技术,系统级封装技术(SiP,System in Package)能够更好地满足现代产品对电子封装小型化的要求。多物理场耦合分析可以对体积减小带来的多物理场间的耦合效应进行预测,从而指导设计,提高设计可靠性。本文首先对频率综合器、SiP技术和多物理场分析在国内外的发展现状进行了调研和整理。介绍了常用的频率综合理论,分析了各种频率合成方式的优劣以及几种典型的混合频率合成方法,对锁相环的基本结构和原理进行了详细介绍。介绍了全波电磁分析原理、传热学的基础原理、应力作用原理等,以及频率综合器SiP所处的电磁—热—应力场间的耦合关系。在设计过程中,基于对频率综合器的指标分析,最终确定了大步进环加混频环的双环架构设计方案。针对频率综合器SiP集成密度大、物理工作环境复杂等特点,通过对多物理场间耦合关系的深入分析,基于有限元理论所构建的多物理场耦合分析方法和ANSYS软件建立的仿真模型,对频率综合器SiP的电磁兼容、散热及应力等一系列多物理场的可靠性问题进行了电磁-热-应力的耦合仿真分析。对散热结构设计进行分析研究,并针对频率综合器采用埋铜结构进行散热设计优化。最后进行实测,试验结果表明,频率综合器的输出频率4～6GHz;相位噪声优于-110dBc/Hz@10kHz;杂散在Span为1GHz内优于-90dBc。满足宽频带低相噪的指标要求。且频率综合器SiP在稳定状态下的温度与仿真结果之间的误差小于9%,电磁特性及应力也均满足限制条件,验证了所采用的多物理场耦合分析方法和建模仿真过程用于分析多物理场可靠性问题的准确性和可行性。