太赫兹频段(0.1~10THz)是人类目前尚未完全利用的频段,国内外对太赫兹的研究仍处于探索阶段,太赫兹波因其脉冲短、带宽较宽、低能性等特征被广泛的应用于各个领域,如太赫兹波成像、公共安全检查、太赫兹雷达、太赫兹通信技术等。世界各国科研机构对太赫兹技术的研究主要集中在太赫兹信号源、太赫兹发射和接收器、太赫兹探测器等领域。本文主要针对太赫兹信号源技术开展研究,基于40nm CMOS工艺,完成了320GHz太赫兹四倍频器的设计。本文介绍了太赫兹倍频器的基本原理、指标和分类,简要分析了太赫兹倍频器的主流实现方法,重点研究了基于推-推结构二倍频器的原理,以及实现推-推二倍频器所需要的关键Marchand巴伦的理论分析。对太赫兹四倍频电路进行分模块研究,分别设计完成了160GHz二倍频器、160GHz功率放大器、320GHz二倍频器,并针对三级电路之间的阻抗匹配进行了研究。利用ADS momentum和HFSS两款电磁仿真软件,通过精准的衬底模型建立,设计完成了两款工作频率分别为80GHz和160GHz的Marchand巴伦,以及采用共面波导和微带线结构的电感,完成了硅基片上MOM电容的电磁仿真。本文完成了太赫兹四倍频器的电路设计,版图设计和路场联合仿真,芯片版图面积约为0.43mm~2。后仿真结果表明电路最终实现输出频率为320GHz,3dB功率带宽为22.8GHz。在输入5dBm基波功率条件下,输出四次谐波最大功率为-13.7dBm。倍频损耗小于20dB。二次谐波相对于四次谐波的抑制比为41dBc,总体功耗为19.7mW,基本符合预期指标。芯片最终流片,并进行了在片测试。