在电磁波频谱上,太赫兹波处于微波与红外光之间,由于太赫兹独特的位置及优势使得其在探测系统、无线通信、生物检测以及雷达探测等众多领域有着广泛的应用前景。作为太赫兹探测系统的关键模块,混频器的性能指标将直接影响探测质量。传统基于肖特基二极管的太赫兹混频器集成度低、成本高、无转换增益等局限性使得其应用市场较小。CMOS工艺因体积小、低成本、高集成度等优点使其成为太赫兹混频器电路的研究热点。本文针对CMOS自混频电路灵敏度低,输出零中频等问题,设计了CMOS太赫兹外差式混频器,创新性地提出将射频电感与片上天线合为一体,并对其进行理论分析与仿真设计。本文具体研究内容与方法如下:（1）基于单平衡混频器,研究外差式混频器电路结构,给出了外差式混频器的理论分析,并通过Cadence进行电路前仿真。（2）对所提出的电感与天线一体化模型分别进行电感模型、天线模型的设计与仿真,并从电磁场仿真结果上验证了此想法的合理性。（3）对外差式混频器进行版图绘制及电路后仿真,并对其中关键传输线进行电磁场仿真与优化。基于TSMC 65nm CMOS工艺,设计了外差式太赫兹混频器,使用ADS、HFSS、Cadence协同仿真,外差式混频器电路前仿真结果为:混频器的最大转换增益为14.9dB,带宽为0.05¹2.47GHz;最小噪声系数为17dB;1dB压缩点为-8.4dBm,三阶交调点为3.3dBm;最大电压响应度为56kV/W。射频电感与片上天线一体化电感模型中,在300GHz,电感感值为21.9pH,品质因数为2.4;射频电感与片上天线一体化天线模型中,天线S₁₁带宽为280³02GHz,增益为-2.3dB,辐射方向向下,波束较集中。太赫兹外差式混频器整体版图,包括焊盘,尺寸为550μm×475μm。电路后仿真结果为:混频器的最大转换增益10.7dB,带宽为0.12⁷GHz;最小噪声系数为18.3dB;1dB压缩点为-11.3dBm,三阶交调点为-1.1dBm;最大电压响应度为32.7kV/W。本文设计的外差式太赫兹混频器具有以下特点:（1）将片上天线与电感合为一体集成在外差式混频器电路中,不仅省去了天线与混频电路之间的匹配,同时也进一步减小了芯片的尺寸。（2）用高次谐波混频,突破MOS管的截止频率,实现了对太赫兹信号的直接混频,从而减少倍频链的使用。（3）采用两级差分共源中频放大器,实现了谐波混频器的高增益、高带宽。