利用改进的小信号模型对采用100 nm InAlAs/InGaAs/InP工艺设计实现的PHEMTs器件进行建模, 并设计实现了一款W波段单片低噪声放大器进行信号模型的验证。为了进一步改善信号模型低频S参数拟合差的精度, 该小信号模型考虑了栅源和栅漏二极管微分电阻, 在等效电路拓扑中分别用Rfs和Rfd表示.为了验证模型的可行性, 基于该信号模型研制了W波段低噪声放大器单片.在片测试结果表明：最大小信号增益为14.4 dB@92.5 GHz, 3 dB 带宽为25GHz@85-110 GHz.而且, 该放大器也表现出了良好的噪声特性, 在88 GHz处噪声系数为4.1 dB, 相关增益为13.8 dB.与同频段其他芯片相比, 该放大器单片具有宽3 dB带宽和高的单级增益.

冰云位于上对流层, 在全球表面覆盖率达30%, 在地球大气系统中发挥了重要作用。但由于一些技术因素限制, 目前并没有进行足够的观测。太赫兹波波长接近冰云中典型的冰晶粒子尺寸, 星载太赫兹辐射探测仪观测冰云具有独特的优势, 目前得到了极大关注。基于国内外相关研究, 首先阐述了冰云探测的重要性及已有卫星探测手段的不足之处, 然后介绍了太赫兹冰云探测技术国内外发展情况, 在此基础上分析和讨论了我国太赫兹冰云探测技术发展将面临的问题, 为未来技术发展提供参考。

主动式毫米波成像为人体安检提供了一种安全、有效的技术手段, 对进一步提高成像分辨力和成像质量, 发展宽带高频的毫米波成像系统具有重要意义。为此建立了一个宽带高频的主动式亚毫米波全息成像系统, 其发射天线的工作频率在 280 GHz~320 GHz范围, 使用外差混频技术直接测量得到全息数据, 对其进行重建后得到目标反射率图像。同时测试了系统的工作性能, 得到了距离向和方位向分辨力以及系统的信噪比和噪声等效反射率差, 距离向分辨力小于4 mm, 方位向分辨力为 2.5 mm×2.5 mm, 均接近分辨力的理论值。此外利用该系统的宽带特性研究了带宽对毫米波全息成像的影响, 宽带成像除提高距离向分辨力外还有效地抑制了散斑效应。

通过特殊设计的高精度SMMW器件, 实现了一套基于二单元干涉仪的干涉式辐射计系统.针对该系统的自身特点, 作者提出了点源目标响应定标方法来降低系统误差.系统完成后, 分别进行了干涉条纹实验和点源目标成像实验.经测试, 系统的线性相位误差小于2°, 角分辨率优于0.57°.系统实测性能和理论分析结果一致.以上研究为今后设计高分辨率亚毫米波干涉式成像辐射计提供了重要的参考价值.

依据冰云参数的多极化多散射大气亚毫米波辐射传输模型，分析了100 GHz~1 000 GHz频段内大气卷云吸收的特性，通过通道频率和带宽的不同设置，确定亚毫米波冰云成像探测仪包含15 个通道，频率覆盖范围为118 GHz~900 GHz，建立其与遥感器通道灵敏度、定标精确度、不同地理位置和海拔高度上对流层卷云中冰水总量、冰晶粒子尺寸、形状、方向性等反演参数的约束模型，为设计和研制用于测量冰云参数的星载亚毫米波成像仪提供理论分析和仿真验证。

临边地球大气遥感是实现上层大气微量气体成份探测和分析的重要手段，即通过对地球大气剖面下遥感数据－特性谱线下亮温值的获取，结合相适应大气模型，通过反演获取相应气体成份的全球分布，从而为大气科学研究及全球气候变化提供科学数据及决策依据。本文从星载临边亚毫米波遥感结构建模以及地球标准大气模型出发，利用 “am”综合仿真工具，给出了其特征谱线在其不同临边遥感切角下的性能仿真，从而定量分析了遥感系统综合指标。

基于准光技术在亚毫米波频段设计分析了一种单脉冲天线。采用时域有限差分(FDTD)方法结合斯特拉顿-朱兰成(Stratton-Chu)公式对该准光单脉冲天线的辐射性能进行了严格的仿真分析。为了进一步抑制辐射和波束方向图的副瓣电平，引入了修正的介质双曲透镜。仿真结果表明，该单脉冲介质透镜天线具有良好的辐射特性，其中和波束的副瓣电平小于-11.9 dB，差波束的零深低于-30.0 dB，不平衡度小于0.50 dB。

为了在亚毫米波波段进行遥感探测, 研制了450GHz的二次谐波混频器.混频器的核心部件是一对反向并联的肖特基二极管, 长度为74μm, 截止频率高达8THz.在石英基片上搭建悬置微带的匹配电路, 并采用一分为二的金属腔体.在二极管的仿真中获得二极管管芯的输入阻抗, 然后考虑二极管的封装、匹配电路, 仿真得到混频器的单边带变频损耗为8.0dB, 所需本振功率为4mW.测试表明, 本混频器的单边带变频损耗的最佳值为14.0dB, 433~451GHz之间的损耗小于17.0dB, 3dB带宽为18GHz, 所需的本振功率为5mW.

针对亚毫米波混频二极管管对电路模型不够精确的问题, 采用场路结合协同分析, 将进出二极管的频率信号分类处理, 建立了一种应用于亚毫米波分谐波混频器电路的反向并联二极管对精确电路模型。基于获取的管对精确电路模型, 建立了全局性的分谐波混频器电路的集总元件等效电路模型, 设计并实现了一款183 GHz分谐波混频器。测试结果表明混频器在本振频率为92 GHz、功率为2 mW, 射频频率176～192 GHz范围内, 双边带变频损耗小于6.8 dB, 等效噪声温度小于800 K, 在182 GHz测得最小双边带变频损耗为4.9 dB, 与仿真数据吻合较好。

初步研制了一种用于300~400 GHz频段的亚毫米波大功率脉冲探测器。基于强电场下的热电子效应，将n型硅探测芯片置入波导WR10的宽边，构成了探测器的过模探测模块。采用光刻和电镀工艺完成了探测芯片的加工，实现了很好的欧姆接触和尺寸精度。对集成的探测器样机进行了亚毫米波大功率脉冲测试和电压驻波比测量。结果表明: 探测器样机的响应时间快达ps量级，相对灵敏度约为0.46 kW-1，电压驻波比小于2.4，最大承受功率不小于数十W，与模拟结果符合得较好，满足亚毫米波大功率脉冲的直接探测需求。