毫米波(Millimeter-wave)在通信、雷达、射电天文和成像探测等领域有广阔的应用前景。随着对高速毫米波无线通信系统需求的增长,毫米波技术在研制收发机以及毫米波器件方面有着重大突破。随着器件的截止频率越来越高,毫米波系统设计不断朝着更高的频段推进。其中,140GHz和220GHz作为两个大气窗口,这两个频率处的毫米波穿过大气时具有较低的衰减。本文以硅基毫米波高增益低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)为研究对象,研究并设计了工作在140GHz和220GHz频段的LNA电路,主要的研究内容如下:本文首先论述了毫米波低噪声放大器的研究背景及意义,调研了国内外的研究现状并总结了毫米波低噪声放大器的电路特点。其次,本文详细分析了LNA设计过程中所需要的基本理论,介绍了在LNA的设计中需要关注的主要参数及各个参数之间的折衷关系,并通过对毫米波低噪声放大器的理论分析总结了在毫米波频段设计LNA电路所面临的挑战,为毫米波低噪声放大器设计提供了理论依据。最终设计了以下两款高增益LNA电路:1、140GHz高增益低噪声放大器设计。该LNA电路基于IHP 0.13μm SiGeBiCMOS工艺设计,电路采用单端结构,由两级Cascode和一级共发射极级联而成。其中前两级Cascode采用Gain-Boosting技术来提高单级放大器的增益,用微带线实现输入输出和级间匹配,最终实现了32d B的峰值增益,电路的工作频率范围为127-150GHz,3d B带宽为27GHz,在工作频率范围内的噪声系数小于6d B。2、220GHz高增益低噪声放大器设计。该电路同样基于IHP 0.13μm SiGeBiCMOS工艺设计,所设计的LNA采用四级差分Cascode级联实现。第一级通过电感中和技术减小噪声,后续三级电路采用(HBT集电结)电容中和技术提高单级电路的隔离度,方便进行单向化设计,采用将每级放大器的增益峰值分布在不同频点的多频点叠加阻抗匹配技术有效提升了LNA的带宽。最终本文所设计的低噪声放大器在中心频率220GHz处实现了20.4d B的增益和10.5d B的噪声系数,在208.8-234GHz的频带范围内的增益平坦度在1d B以内,电路的3d B带宽达到了45GHz(197-242GHz)。