本发明公开了一种石墨烯奇次谐波倍频器及设计方法，包括腔体组件和盖板，所述腔体组件包括腔体和分别位于腔体两端的输入同轴接头和输出同轴接头，其特征在于：还包括石墨烯倍频器高频基片，所述石墨烯倍频器高频基片包括高频介质基片、设置在高频介质基片上的输入反射网络、石墨烯和输出射网络，所述输入反射网络和输出反射网络分别位于石墨烯的前端和后端；输入反射网络对f0为匹配状态，对需回收的谐波分量为接地状态，输出反射网络对Nf0为匹配状态，对基波和需回收的谐波分量为全反射状态，全反射为将基波和需回收的谐波分量经石墨烯反射回输入反射网络。本发明能改善石墨烯倍频器倍频效率低下的问题，具有成本低、偶次谐波自身抑制的特点。