无线通信技术持续高速发展,在各个应用领域发挥着作用,是现代信息社会的基石。毫米波频段因其频率特性,有着丰富的频率资源,能传输更多信息。在未来,毫米波无线系统将引来蓬勃的发展机遇。混频器作为无线系统中不可缺少的一个重要模块,其设计仍面临着诸多的问题和挑战。本文先介绍了混频器在射频收发系统的重要意义,然后介绍了近几年国内外对混频器的探索,以了解混频器的发展方向和主流创新结构。然后给出了混频器的基础原理,对各种类别的混频器做了简要的讲解,对混频器的主要指标进行了介绍,为提出混频器设计方案奠定了基础。之后,本文定量分析了混频器的增益、线性度和隔离度等指标,并给出了增强各项指标的拓扑结构,方便设计用于不同使用场景的混频器。进而介绍了一款面向5G毫米波通信应用的射频收发芯片的混频器的设计。该混频器旨在提升混频器带宽和线性度性能的同时,保障转换增益和隔离度,以满足毫米波运用需求。使用65-nm CMOS工艺,采用无源环形阻性混频器核心与带中和电容的共源级缓冲器级联的结构,使用了高阶变压器匹配网络和高阶匹配巴伦。经过芯片实物测试,该混频器有2.5dB的转换增益、2.48dBm的输出1-dB压缩点,工作带宽覆盖23到30GHz。毫米波通信相较于传统通信,在带宽上有着明显的优势。而超宽的带宽也带来了本振泄漏难以滤除的问题,对混频器的隔离度指标的要求变得更加苛刻。为了解决这一难题,本文由直流混频现象出发,仿真验证了该理论。用65-nm CMOS工艺设计并版图实现了一款基于直流混频原理的正交超高隔离度混频器。经后仿验证,该混频器拥有大于76dBc的超高隔离度和3dBm的输出1dB压缩点,验证了设计的实用性。该方案用较为简洁的方法解决了毫米波通信中超宽带特性带来的本振泄漏问题,极大简化了射频系统设计的复杂性。