太赫兹波位于经典的电子学领域(无线电,微波和毫米波)和光子学领域(红外,可见光,紫外线和X射线)之间的电磁频谱过渡区域,太赫兹波高穿透性、强频谱分辨率以及非电离等特性,使得太赫兹技术在生物医疗成像、光谱分析、人体安全检查、通信等领域具有广泛的研究价值。太赫兹振荡器作为太赫兹发射与接收系统的关键模块,其性能指标的好坏直接影响系统的稳定性,因此,对太赫兹振荡器的研究与应用已成为太赫兹技术发展前沿的热门方向之一。近年来,随着CMOS工艺晶体管尺寸逐渐缩小、截止频率逐渐上升,采用CMOS工艺设计太赫兹振荡器逐步成为了可能。CMOS工艺成本低、集成度高,但随着工作频率的上升,晶体管增益、无源器件品质因数降低成为目前太赫兹振荡器设计的难点。本文基于40nm CMOS工艺,设计了一种改进型Push-Push结构的高输出功率太赫兹压控振荡器,输出二次谐波300GHz信号突破MOS管截止频率限制,通过控制晶体管衬底偏压达到频率调谐目的,具体研究内容与结果如下:(1)基于Push-Push振荡器结构提出一种改进型压控振荡器电路,通过增加栅极互连电感提升电压摆幅从而增加输出功率,采用控制MOS管衬底电压的方式进行频率调谐,避免引入可调谐变容管带来的损耗。(2)对振荡器关键器件片上电感进行了电磁场仿真,片上电感采用顶层金属设计成对称结构,其工作频带内品质因数均在10以上,接着对振荡器电路做了前仿真分析和后仿真校验。后仿真结果为:基波工作频率为154.5GHz,输出二次谐波频率309.0GHz信号,其功率可达-3.0dBm,功耗为28.6mW,相位噪声为-79.5dBc/Hz@1MHz,频率调谐范围为303.5GHz-315.4GHz。绘制了在片可测试的振荡器版图,并基于核心振荡器设计了单个带矩形槽天线振荡器以及带T形槽天线1×2阵列振荡器。(3)为对振荡器芯片进行测试,设计了太赫兹源与探测器测试平台。平台主要包括信号发生模块、腔体模块、硅透镜模块以及信号接收模块,实现太赫兹测试平台的小型化设计。最后给出了太赫兹源与探测器测试平台测试结果及太赫兹测量仪测试结果。利用同期流片的自混频太赫兹探测器芯片对本文所设计的阵列振荡器进行测试,间接验证了振荡器的功能;太赫兹测量仪测量的阵列振荡器辐射功率为-9.75dBm。本文设计的太赫兹振荡器的特色如下:(1)本文设计了一种改进型Push-Push结构的高输出功率太赫兹振荡器,通过增加栅极互连电感提升电压摆幅从而增加输出功率,并输出二次谐波信号,突破晶体管截止频率的限制。(2)控制晶体管衬底偏压达到频率调谐的目的,避免引入低品质因数调谐变容管带来的更多损耗。(3)设计了太赫兹源与探测器测试平台,实现太赫兹测试平台的小型化设计。