毫米波技术在高速无线通信、汽车雷达以及成像等多个领域都有着广阔的应用前景。依靠硅基CMOS工艺不断进步的有力支撑,毫米波技术开始从以往价格高昂的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体工艺向硅基工艺转移,从而有望大幅降低毫米波集成电路的成本,实现推广应用。在毫米波集成电路中,片上无源元件是影响电路性能的重要元件。然而,在毫米波领域,片上无源元件在结构、性能和损耗机制等多方面都与低频领域存在很大差异,这就给毫米波片上无源元件的建模工作带来了重重困难,而模型的匮乏则又制约了毫米波集成电路设计的发展。因此,如何准确表征片上无源元件在毫米波条件下的行为特性,建立适用于毫米波领域的高精度、高效率和宽频带的片上无源元件模型是亟待解决的问题。传递函数是表征连续、线性和时不变系统的频域输入和输出关系的数学表达式。一方面,传递函数的零极点取决于电路网络的拓扑结构,复杂度等本征特性；另一方面,传递函数的极点和零点又和电路网络的一些重要电学特性(如带宽、增益和相位等)密切相关。可见,传递函数是联系电路拓扑结构与其电学特性的重要桥梁。基于传递函数的上述作用,针对毫米波片上无源元件模型面临的问题,本文主要完成了以下创新性工作：1.提出了一种片上无源元件等效电路模型的传递函数分析方法。通过分析片上螺旋电感等效电路模型的传递函数,从电路拓扑结构角度对等效电路模型的优缺点进行了研究,并对模型的拟合能力作出了评价。从理论和实验角度均证明了1-π和T模型能够表征螺旋电感的分布效应,并给出了2-π模型奇点问题的合理解释。通过10个CMOS片上螺旋电感频率至40GHz的测量S参数验证了该方法对于片上螺旋电感的有效性。2.通过结合等效电路模型与行为级模型的优势,提出了一种准确的宽频带物理尺寸可缩放模型,以及有效的参数提取方法。采用向量拟合方法,对片上螺旋电感在毫米波频段的寄生效应进行表征,提高了原有等效电路模型的高频拟合能力。采用18个CMOS螺旋电感频率至40GHz的测量S参数对本文提出的模型进行了验证。基于向量拟合方法的等效电路模型可在整个测量频率范围内与测量数据达到良好的拟合。3.将传递函数分析方法应用于片上传输线和变压器的等效电路模型。通过考虑分布式模型等效电路的零极点情况,利用该方法对电路单元的拓扑结构和级联单元数量作出了准确选择,并证明了等效电路模型的拟合能力由零极点数量决定,而非模型元件数量。基于向量拟合方法,建立了片上传输线和变压器的宽频带等效电路模型。该模型以及传递函数分析方法的准确性均通过测量S参数(片上传输线频率至50GHz,片上变压器频率至100GHz)进行了验证。本文提出的传递函数分析方法可作为确定片上无源元件等效电路模型拓扑结构的依据。