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。

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%。

阵列设计作为多输入多输出(MIMO)雷达成像系统中的一项关键技术直接影响系统成像性能。为了解决阵元数目、结构与成像质量的关系问题, 研究了近场MIMO收发稀疏阵的点扩展函数, 研究了合成阵列中栅瓣的位置, 探讨了基于等效阵列概念的MIMO阵列设计方法, 优化了基于远场条件设计的稀疏阵, 并讨论了近场效应对成像结果的影响。仿真结果表明: 优化后的阵列在120~150 GHz栅瓣水平可以抑制到-50 dB。

为了满足340 GHz高速OOK无线通信的需求, 完成了340 GHz零偏置波导检波器的设计、加工和测试。首先, 在高频电磁仿真软件HFSS中对准垂直结构二极管(QVD)进行建模仿真, 并结合二极管的非线性模型确定二极管的阻抗; 随后设计了输入波导-微带转换以及低通滤波器等无源结构, 并同时对二极管进行阻抗匹配; 最后进行了检波器的加工和测试。测试结果表明该检波器的电压灵敏度在334 GHz时最佳, 最大值为2 210 V/W , 并且在315 GHz~357 GHz频率范围内的典型值为1 400 V/W, 其对应的等效噪声功率典型值为5 pW· Hz-0.5。最后, 还利用该检波器进行了340 GHz频段的高速OOK信号接收实验, 结果表明, 该检波器能够近乎无误地检测10 Gbps的OOK信号, 并且在OOK信号速率为15 Gbps时, 检波器解调得到的误码率为3.15×10-7, 证明了该检波器的高速信号检测能力能够满足高速OOK无线通信系统的需求。

太赫兹源的输出功率是限制太赫兹技术远距离应用的重要参数。为了实现高效的太赫兹倍频器, 基于高频特性下肖特基二极管的有源区电气模型建模方法, 利用指标参数不同的两种肖特基二极管, 研制出了两种170 GHz平衡式倍频器。所采用的肖特基二极管有源结区模型完善地考虑了二极管IV特性, 载流子饱和速率限制, 直流串联电阻以及趋肤效应等特性。通过对两种倍频器仿真结果进行对比, 完备地分析了二极管主要指标参数对倍频器性能的影响。最后测试结果显示两种平衡式170 GHz倍频器在155~178 GHz工作带宽内的最高倍频效率分别大于11%和24%, 最高输出功率分别大于15 mW和25 mW。从仿真和测试结果表示, 采用的肖特基二极管建模方法和平衡式倍频器结构适用于研制高效的太赫兹倍频器。