相控阵系统具有灵活快速的波束成形和波束扫描的特点,是当前射频毫米波雷达和无线通讯领域中的一个非常有潜力的解决方案。同时,伴随着工艺的发展和成熟以及技术的更新进步,硅基射频电路凭借其低成本、低功耗以及高度集成的优点,在微波领域受到越来越多人的关注。因此,片上硅基相控阵收发系统成了如今学术界以及工业领域研究的一大热门。幅相控制电路作为相控阵系统中重要的控制模块,本文将对其进行深透的研究,并以此为基础展开设计,希望能对射频前端芯片性能的提升带来一定的借鉴意义。首先,本文开始先介绍了相控阵系统的基础知识,分析了幅相控制电路的工作原理和性能指标。而后具体介绍了无源衰减器和移相器的主要结构以及各自的优势和缺点,分析了衰减器各种结构产生附加相移的原因并对应给出了用来减小附加相移的补偿电路;同时还着重介绍开关式移相器的拓扑结构,为后文具体的芯片电路设计打下理论基础。然后,从硅基工艺晶体管的寄生参数和开关选取着手,使用传统的开关内嵌式衰减器结构,设计了一款工作在Ku波段的五位无源衰减器。采用0.18-um CMOS工艺,衰减器实现了从0dB到31dB共32个状态的幅度调节,以及带内小于0.35dB的RMS衰减误差。虽然使用了在并联支路增加电容的补偿结构,附加相移有所减小,但相位性能还有进一步提升的空间。之后,对于上一个衰减器中相移的问题,本文分析了多级衰减电路中误差的由来,针对性地提出了一种通过优化单级阻抗来提高电路精度、减小附加相移的设计方法。采用这种方法,基于0.13-um SiGe BiCMOS工艺,本文设计了一款Ka波段五位高精度低相移的差分衰减器,衰减步进0.5dB,最大衰减范围15.5dB。测试结果表明,在31GHz到41GHz的频带内,RMS衰减误差小于0.3dB,RMS相位误差小于2.5°,验证了优化阻抗设计方法的可靠性。最后,在94GHz连续调频波雷达的收发系统中,基于65-nm CMOS工艺,本文设计了一款分立的六位无源移相器,设计时也同样使用了阻抗优化的方法。作为教研室设计高频率芯片的首次尝试,移相器的仿真和测试结果表明,在92GHz到96GHz的频段内,RMS相位误差小于3.6°,绝对幅度误差小于±2dB。以上两次成功的设计充分证实了我所提出的这种设计方法是有效可行的。