为研制太赫兹多频段高灵敏度探测仪, 依靠太赫兹砷化镓平面肖特基二极管的非线性特性, 结合石英薄膜工艺, 设计了宽带 0.67 THz谐波混频器, 并分析了砷化镓平面肖特基二极管性能表征参数指标对太赫兹混频器性能的影响。 0.67 THz谐波混频器采用整体综合的设计方法, 结合电气仿真软件 ADS和电磁仿真软件 HFSS, 优化电路中不连续性微带与波导之间的电磁空间耦合效率, 以混频器的变频损耗为优化目标, 最终实现 0.67 THz谐波混频器仿真设计。 0.62~ 0.72 THz射频范围内, 混频器单边带最低变频损耗小于 8 dB, 本振功率小于 4 mW, 本振端口与中频端口、射频端口与中频端口之间隔离度大于 -30 dB。

在分离式二极管的基础上，实现了220 GHz高效率的二倍频器结构.该倍频器的电路在450 μm宽，2.7 mm长的50 μm石英基片上实现.测试结果表明，在室温下当驱动功率在46.4~164 mW时，在214~226 GHz的频段内能够实现大于16%的倍频效率.另外，当驱动功率在161 mW时，倍频器在218 GHz频点能够输出最高功率32 mW，并且在多个频点拥有高于20%的倍频效率.实验证明，所实现的二倍频器能够作为660 GHz倍频链路的驱动前级使用.

高频段的太赫兹信号通常是由多个倍频器级联输出的，因此要求倍频链路的前级必须具备高输出功率的能力。为了提升太赫兹倍频器的功率容量和效率，结合高频特性下肖特基二极管有源区电气模型建模方法，采用高热导率的陶瓷基片，利用对称边界条件，在HFSS和ADS中实现对倍频器电路的分析和优化，研制出了高功率110 GHz平衡式倍频器。最终测试结果表明，驱动功率为28 dBm左右时，该倍频器在102~114.2 GHz的工作带宽内的最高输出功率和效率分别为108 mW和17.6%，为链路后续的二倍频和三倍频提供足够的驱动功率。

介绍了基于反向平衡式二极管和石英基片完成, 而非集成电路的0.68 THz和1.00 THz频段平衡式三倍频.此项工作提高了二极管等效电路模型, 该二极管模型不仅包括I/V和C/V, 同时还加入了等离子体共振和趋肤效应, 将薄膜电路减薄至15 μm, 机械加工精度提高至3 μm内, 使工作频率提高至1.2 THz.通过场路协同仿真, 利用高精度太赫兹装配工艺, 最终实现工作频率为0.68 THz和倍频效率为1 %的三倍频器, 工作频率为1.00 THz和倍频效率为0.6 %的三倍频器, 输出相对带宽均大于10 %.

基于同轴波导径向合成器提出了一款可用于太赫兹频段的任意路数功率合成器。该功率合成器采用二阶阶梯变换结构, 实现电场方向从同轴轴向到径向的扩散传播, 并通过径向外围均匀分布的Y型功分结构实现任意路数功分。以D波段五路功率合成器为例, 采用背靠背测试, 在130 GHz到150 GHz频带内, 背靠背插入损耗优于2 dB, 带内回波损耗优于15 dB。由于是背靠背测试, 因此该功率合成器单边损耗约为0.72 dB, 折合合成效率为84.7%。

为了实现倍频器多谐波输出, 满足系统多频率需求, 同时减少成本, 增加系统集成度, 引入了改进紧凑型悬置微带谐振单元(Compact Suspended Microstrip Resonators (CSMRs))滤波器, 主要研究并实现了170 GHz和340 GHz双频段分别输出。仿真中分别设计170 GHz和340 GHz探针, 引入CSMRs低通滤波器增加170 GHz对高频段的隔离, 减小波导高度, 提高WR.2.8波导截止频率, 增加对300 GHz以下频段抑制, 为了测试其输出特性和网络损耗, 设计170~340 GHz背靠背模块。仿真结果为低通CSMRs滤波器满足在20~180 GHz通带内反射系数小于-18 dB, 在266~520 GHz阻带内抑制度大于20 dB, 背靠背结构仿真170 GHz与340 GHz频段反射系数均小于-15 dB, 端口隔离大于30 dB, 表现出良好的选频特性。测试结果表明: 在170 GHz端口通带为150~185 GHz, 反射系数小于-10 dB, 损耗大于1.2 dB; 在340 GHz端口, 通带为306~355 GHz, 反射系数小于-10 dB, 损耗2 dB, 两端口隔离度大于10 dB, 最好60 dB。