介绍了一种太赫兹站开式大视角三维成像雷达系统。系统可用于人体隐藏危险品的成像检测，采用二维非均匀逐点扫描的工作方式，视场范围达到0.6 m×1 m，成像速度达到2 s。系统工作于0.34 THz，采用直径450 mm椭球镜聚焦，在5.8 m的成像距离实现了2 cm的方位分辨力。为了改善回波动态范围，采用相位噪声相消的系统结构。系统采用调频连续波(FMCW)雷达线性调频信号作为工作波形，工作带宽达到12 GHz。成像结果显示，系统校正后的距离分辨力可达到2 cm，能够实现隐藏危险品的有效检测。

设计了基于容性肖特基二极管的220 GHz非平衡三倍频器。首先对容性肖特基二极管进行测试和关键参数提取，建立了肖特基二极管的等效电路模型，以此为基础进行三倍频电路设计；在倍频电路设计中通过引入紧凑悬置微带谐振单元(CSMRC)滤波结构来减小信号传输损耗；由于三倍频电路设计中难以实现全波阻抗匹配，因此采用了整体电路结构谐波平衡调匹配方法设计倍频电路，最后对制备出的倍频器进行测试和分析；实验测试结果表明：倍频器在213.1~221.6 GHz范围内输出功率大于10 mW，倍频效率大于5%，最高输出功率为18.7 mW@218.6 GHz，最高倍频效率为8.24%@217.9 GHz。

通过在 300 μm厚度的 GaAs衬底条件下, 利用共面波导传输线实现了基波混频集成电路设计。利用半导体分析仪测试 I-U和 C-U曲线, 并成功提取了相应的肖特基二极管模型。结合建立的肖特基二极管模型, 代入 Lange耦合器、中频结构和匹配网络等实现了 140 GHz零中频基波混频片上电路, 并加入了地-信号-地 (GSG)测试封装。最终仿真结果表明: 在固定中频 1 GHz的条件下, 变频损耗最优为 -7 dB, 3 dB带宽大于 40 GHz。

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。

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。

设计了工作在太赫兹频段的无线通信系统, 基带部分采用16QAM调制体制, 射频部分采用混频器实现两级上下变频, 功放部分采用“固态功率放大+电真空器件放大”级联的功率放大技术, 实现了0.14 THz频段W量级的功率输出。接收端采用全固态常温接收技术, 接收机等效噪声温度为1100 K, 接收灵敏度达到-57 dBm。采用两个增益50 dBi的卡塞格伦天线, 在成都市双流区与新津县之间开展了距离21 km的无线通信试验, 单路实时通信速率达到5 Gbps, 误码率低于10-6。并成功同时实时传输了两路符合HD-SDI标准的无压缩高清视频数据流, 每一路的标准有效速率达到1.485 Gbps。

在四倍频器设计中首先对二极管进行I-V曲线、C-V曲线、等离子振荡和趋肤效应等进行计算, 完成肖特基二极管电路建模; 通过谐波和三维电磁仿真工具优化电路中各次谐波最佳阻抗值; 通过引入改进紧凑型悬置微带线震荡器(Compact Suspended Microstrip Resonators (CSMRs))滤波器, 成功将二次和三次谐波短路, 同时减小长宽比, 满足装配条件。实验表明, 四倍频在334~346 GHz频段内输出功率均大于1 mW, 最大输出4 mW, 当驱动功率为100 mW时, 最高效率可达3%。

提出一种基于载波抑制混频与载波偏置功率合成的高速太赫兹无线通信方案。发射端利用载波抑制混频器和载波偏置功率合成在140 GHz载波上实现了开关键控(OOK)调制；接收端利用包络检波接收器进行检波接收。分别开展了不同混频本振功率及偏置功率下的检波响应实验、不同基带信号功率及偏置功率下的检波响应实验，以及不同输入功率下的检波响应实验。实验结果对OOK调制器设计，以及OOK类通信系统的优化均具有较好的指导意义。最后，利用优化的系统参数在70 cm距离上实现了140 GHz, 16 Gbps的无线通信，系统误码率(BER)优于10-5。

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。

介绍了一种基于稀疏MIMO (Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像, 每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号, 通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明, 在4 m的探测距离(光程)上, 成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm, 通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.