随着人们对移动通信的速率要求越来越高,设备的数量和多样性呈指数上升,通信技术进入了5G时代。目前6GHz以下的低频频谱资源已趋于枯竭,通信容量已经接近极限。毫米波（MMW）通信技术凭借其大带宽、高速率的绝对优势,引领了新一轮技术研究热潮。同时,低成本高集成度的硅基集成电路飞速发展,硅基CMOS有源器件的特征频率和器件速度逐渐提高,为硅基毫米波频段通信系统相关电路的研究奠定工艺基础。混频器作为收发机的重要组成部分,其性能直接影响整个毫米波通信系统的传输质量,深入研究CMOS工艺的毫米波上变频混频有着重要意义。本文基于65nm CMOS工艺设计了两款中心频率为40GHz,应用于5G毫米波通信的宽带上混频器电路。首先,本文介绍了课题的研究背景与研究意义,通过调研国内外硅基毫米波上变频混频器的研究进展,对目前常见的上变频混频器电路结构及其优缺点进行了总结。同时介绍了混频器电路的分类及混频器的重要性能指标。其次,采用65nm CMOS工艺,设计了两款不同的毫米波上混频器。第一款混频器基于吉尔伯特结构,采用电流复用的电阻负反馈放大器作为跨导级来提高混频器转换增益。采用Marchand巴伦来实现宽带设计;采用带中心抽头的并联电感来代替两个独立的电感进行阻抗匹配,同时提供偏置电路和减小芯片面积。测试结果显示:混频器在30-50GHz内实现了2.36-4.81d B的平坦转换增益,输出1d B压缩点为-7.16d Bm。所设计的毫米波上变频混频器芯片总面积仅为0.256mm~2。由于混频器实际应用中存在镜像干扰问题,这将影响收发系统的性能。为了解决该问题,设计了一款35-45GHz的正交上变频混频器。混频器核心电路通过独立偏置的电流复用跨导级和负阻技术来实现高转换增益。在混频器射频输出端,基于变压器巴伦设计了一款面积小,结构简单的信号合成电路。同时,本振端采用了差分正交耦合器生成四路正交信号,正交信号在32-38GHz内实现了小于6.5°的相位差和小于1.2d B的幅度差。仿真结果显示,由于高增益的设计,正交上变频混频器电路实现了最大4.53d B的转换增益。输出1d B压缩点为3.25d Bm,输出三阶交调点OIP3为10.66d Bm,镜像抑制度均在20d B以上,LO-RF的端口隔离度大于27d B。无源电路的小型化设计使得芯片的总面积仅为0.327mm~2。本文采用65nm CMOS工艺设计了两款应用于5G毫米波通信的上变频混频器,对电路在设计和测试中遇到的问题进行了总结。为后续研究者提供一定的借鉴思路。