卫星通信作为无线通信的主要方式,由于其通信距离远、覆盖面积广、频带宽、稳定性强等特点,被广泛应用于军事和商业领域。随着应用场合的逐渐扩大,卫星通信逐渐向更高频段、更高质量和“动中通”等方向发展。射频收发前端芯片是整个通信系统中一个必不可少的关键部分,其性能指标的好坏将直接影响整个系统的工作情况和应用范围。接收机前端的性能指标主要包括增益、噪声系数、线性度、集成度、功耗等。传统的毫米波接收机前端多以分立器件为主,具有成本高、体积大、难以集成等缺点。硅基CMOS工艺有效的解决了以上问题,具有生产成本和电路功耗低等特点,更重要的是该工艺可实现同时集成模拟、射频和数字电路以达到小型化的目标。本课题基于标准CMOS工艺研究K波段接收前端中的关键技术,实现了接收前端中的关键模块以及整体单通道接收前端和低噪声下变频信道前端。论文首先介绍了接收机前端的研究背景和国内外发展现状,并对接收前端的主要性能指标做出概述。然后文章采用自顶向下和自底向上的研究过程,根据指标要求对系统架构进行规划,确定模块组成以及模块的性能指标,将研究方向锁定在接收机前端的各关键技术上,并将流片验证后的部分模块级联形成单通道,完成低噪声、低功耗、高性能的射频前端芯片。文章主要针对K波段接收前端中的低噪放、衰减器、混频器和倍频器等关键模块进行了详细的研究。在低噪声放大器的电路研究中,本文介绍了低噪声放大器噪声系数和增益的计算方法,给出了在工作频率下选择管子尺寸的方法,以及如何根据电流密度优化噪声和增益。之后本文给出了基于90nm CMOS工艺的K波段低噪声放大器的电路设计和版图设计,在设计过程中,由于源简并电感的感值和匹配电容的容值都很小,如何更加准确的实现这些无源器件也是低噪放设计中重要的一部分。之后,本文对幅度控制模块中的衰减器进行了研究,介绍了不同结构的步进式衰减器以及他们的优缺点,最后选定了X型衰减器进行设计。X型衰减器利用工作在线性区的晶体管实现衰减量,线性区的导通电阻与阈值电压相关,所以极易受到工艺角变化带来的影响,从而影响衰减精度。因此,本课题提出了一种补偿方法,利用源极跟随器输出电压与阈值电压的关系抵消导通电阻中的阈值电压,从而使导通电阻不受阈值电压的影响,缓解了衰减量对工艺角变化的敏感性。最后给出整体电路,并完成了基于90nm CMOS工艺的K波段X型步进式衰减器的电路和版图设计。然后本文研究了接收信道前端中的关键模块混频器,介绍了混频器的原理和分类,并选定了全平衡有源混频器的结构进行设计,给出了下混频器晶体管尺寸的选择方法和偏置电压的选取方法,并给出了基于90nm CMOS工艺的K波段下混频器的电路和版图设计。当混频器的射频信号和本振信号频率相同时可实现倍频的功能,但是由于跨导级延时的影响使差分端口的输出信号不平衡。所以本课题提出一种补偿方案,使用两个吉尔伯特单元并合理输入差分正交信号,使延时产生的非平衡量在输出端口抵消,从而实现全平衡差分倍频器。其中,差分正交信号的产生方法也是重点研究内容的一部分。最后完成了采用90nm CMOS工艺的全平衡倍频器的电路和版图设计。最后,本文对设计的各个模块电路进行了流片和测试,并给出了不同电路的测试方法。同时本课题还将部分模块集成到了同一芯片上,实现了单通道射频前端芯片,并给出了单通道芯片的测试结果。各芯片均达到预期效果,相关技术可广泛应用于K波段接收机前端的设计中。