该文提出了一种带有梯形槽的双脊喇叭天线，天线在口径面和外侧壁引入梯形槽结构，抑制了喇叭外壁上的电流，从而达到降低喇叭天线旁瓣的目的。天线采用3D打印技术，有效地解决了传统方式加工难及一致性差的问题。仿真和实测表明，该天线设计可有效提高天线增益，在工作频带5~10 GHz内天线增益大于10.32 dBi，回波损耗小于-10 dB；在9.6 GHz时峰值增益可达14.61 dBi。将天线喇叭壁设计成空心结构，天线质量减小了74%。测试结果与仿真结果基本一致。

提出一种电磁脉冲辐射系统设计方案，此系统由Marx发生器、短路-锐化组合开关型脉冲形成线和带低频补偿的高功率超宽带横向电磁波(TEM)喇叭天线组成。Marx发生器产生的单极脉冲经过短路-锐化组合开关型脉冲形成线锐化成双极脉冲，然后馈入天线进行辐射。仿真结果表明，在充电电压为10 kV时，电磁脉冲源可产生脉冲宽度1.41 ns、峰值功率7.69 MW的双极脉冲，此双极脉冲频谱主要分布在0~1.6 GHz频率范围内；高功率超宽带TEM喇叭天线带宽为0.625~2.9 GHz(相对带宽为129%)，功率容量可达10 MW，能有效地将电磁脉冲源产生的双极脉冲辐射出去。

在超宽带TEM喇叭天线的设计中，如何改善天线的低频性能是目前研究的关键问题。通过分析天线的阻抗渐变特性与时域辐射特性，设计了一种新型TEM喇叭天线，解决了天线末端反射的问题，提高了天线低频性能。与传统的TEM喇叭天线相比，新型TEM喇叭天线在全频段减小了方向图后瓣，提高了低频时天线辐射主轴增益，拓展了低频带宽。验证实验表明，该天线带宽为160 MHz~2.5 GHz，180 MHz主轴增益2.3 dB，全频段方向图后瓣小于-2 dB，尺寸为48.5 cm×38.1 cm×35 cm，同时兼顾了天线的小型化与低频带宽。

零折射率材料作为超材料的一种在微波辐射中有广泛应用。为实现高性能的小型化天线，分析了零折射率材料的产生机理，设计了一种高功率金属网格材料天线透镜。数值模拟表明，零折射率材料透镜覆盖于一Ku波段喇叭天线口面时，可以改善喇叭天线波前相位，将喇叭天线的球面波前相位调制为较均匀的平面波，增益可提高2.27 dB，喇叭天线的功率容量可达到610 MW。研究了材料的层数n、层距h、周期a以及金属线半径r对S参数的影响，得到了所要求频率的最优材料结构。

本文提出了一款高增益、低旁瓣的 L型波纹太赫兹喇叭天线。该天线工作于太赫兹第一个大气窗口, 由波导段、模式变换段和辐射段三部分组成, 在模式变换段和辐射段内壁引入波纹结构, 利用控制变量法分析 L型波纹喇叭天线模式变换段的波纹数目和辐射段每个波长内的周期数目对天线辐射特性的影响。分析结果表明: 该波纹喇叭天线在工作频率为 320～380 GHz范围内增益均大于 21.7 dB, 其 3 dB主瓣宽度都小于 15.2°。该天线满足高增益、低旁瓣的要求, 适用于太赫兹通信系统。

为了提高太赫兹通信天线的增益和定向性, 提出了“井”字堆叠型透镜天线。该透镜天线工作在太赫兹第一大气传播窗口内, 由初级馈源天线和透镜两部分构成。设计了角锥喇叭天线作为透镜天线的初级馈源; 根据菲涅耳-基尔霍夫衍射理论和傍轴近似条件设计了“井”字堆叠型透镜用于聚焦太赫兹波, 并分析了透镜结构在平面波入射时的聚焦场分布。利用控制变量法分析了透镜天线的全波周期和焦径比等结构参数对其远场辐射性能的影响。对所设计的透镜天线进行了实物加工和测试。实验结果表明: “井”字堆叠型透镜天线的加工和组装工艺简便, 具有对称的辐射模式, 在320~380 GHz的工作频段内的增益高于26.4 dB, 3 dB主瓣宽度低于4.8°, 基本满足太赫兹通信系统对天线的高增益和强定向性等要求。

针对太赫兹波探测与通信的具体应用，基于微波、毫米波定向天线的设计与应用基础，对四种0.36 THz的太赫兹波定向天线(即馈源喇叭天线、双抛物面卡塞格伦天线、天线透镜以及偏馈式单反射面天线)进行了有效的设计、分析、仿真与制作。对上述几种太赫兹波定向天线的设计及分析，为基于微波倍频技术的太赫兹波技术在定向探测和通信中的应用，提供了天线技术方面的理论和实践依据。

基于负介电常数和负磁导率产生原理，采用金属细线和裂环谐振器结构，针对12.5 GHz频率开展双负媒质结构设计。通过特殊边界条件下S参数计算以及Nicolson-Ross-Weir方法，完成等效参数的提取，获得介电常数、磁导率、折射率实部均为负值，且折射率接近于0的左手材料特性。将双负媒质结构加载于Ku波段圆锥喇叭口面进行仿真优化，提高天线增益2.17 dB，在11~13 GHz频带范围内，加载天线的增益均有所改善。实验结果表明，口面加载双负媒质结构后，天线增益提高1.51 dB，后向辐射减小5.7 dB，辐射特性获得了明显改善。