太赫兹波段介于微波与红外之间, 具有许多独特的优势, 如对许多物质的穿透能力、较低的光子能量等。这使得太赫兹技术在生物医学、安全检测、通信等领域具有广泛的应用前景。太赫兹辐射源是太赫兹技术的核心组件, 其发展水平直接决定了太赫兹技术在各个应用领域的性能和前景。第 46届国际红外毫米波与太赫兹会议聚焦了太赫兹辐射源的最新研究成果, 展示了在新型辐射源、集成技术及优化设计等方面的重要进展。本文根据近段时间红外毫米波与太赫兹相关国际关会议报告的内容, 总结并展示了不同类型太赫兹辐射源最前沿的研究内容与方向。这些成果为太赫兹技术在各个应用领域的进一步发展奠定了坚实基础。

太赫兹波因其具有电子学与光子学的特性，所以在深空探测、无损检测、通信及安检等领域有巨大应用潜力。近些年，太赫兹技术的迅猛发展离不开太赫兹真空电子器件的不断进步。由于尺寸共度效应及电子束发射性能的限制，这类器件在迈向更高频段过程中遇到了不小的困难。针对这些问题，研究人员通过改良高频结构、控制加工精度、制备更优性能的材料、更精准的计算手段等一系列措施进行解决。本文介绍几种主流小型化太赫兹器件研究过程中的解决方案及最新进展，最后根据现阶段发展情况总结未来可能会遇到的问题及解决方法。

研制了一款超宽带印刷单极子天线。通过在接地板和单极子贴片底部开槽，展宽了天线频带，改善了天线带内特性，提高了天线增益。采用 HFSS软件进行仿真，对天线模型参数进行优化，达到最佳设计效果。结果表明，改进后的天线 -10 dB阻抗带宽为 2.2~14.6 GHz，比原不开槽天线的-10 dB阻抗带宽增加了 7.2 GHz。天线实现了小型化超宽带的同时，在整个超宽带匹配频段内，具有良好的驻波和方向图特性，在超宽带设备中有着很好的应用前景。

采用实验测试和理论分析的方法研究了幅相控制芯片的大功率微波非线性效应。该芯片应用于 Ka波段相控阵雷达收发组件中。测试平台利用固态源和脉冲磁控管来产生 Ka波段大功率微波。随着输入功率幅值的提高,在实验中很明显地观测到了芯片的降级和毁伤现象。通过一系列的实验测试得到了芯片的全态相移特性和降级阈值,并通过图片给出了实验结果。最后,通过理论分析给出了该芯片的毁伤机理。

近些年来交错双栅行波管由于其高功率容量和易加工等优点受到了很多的关注.然而随着器件工作频率的升高, 尤其对于太赫兹频段, 结构的损耗严重限制了行波管的性能.本文考虑了损耗和加工所导致的圆角等因素, 针对交错双栅结构提出了一个更切实际的设计.仿真结果表明, 该行波管在320~342 GHz频率范围内能获得大于5 W的输出功率.采用了相速跳变方法来提高输出功率, 在整个工作频带内输出功率都得到了大于28%的提升.在此基础上加工了340 GHz交错双栅慢波结构并开展了冷测实验, 在330~360 GHz范围内盒型窗的S21测试结果大于-2.1 dB且电压驻波比在334~355 GHz范围内小于1.35.同时对包含盒型窗部件的高频系统进行了冷测, 其电压驻波比测试结果在335~344 GHz范围内均小于2, 且该冷测结果与仿真结果之间趋势基本一致.

提出一种改进的曲折槽波导—曲折双脊槽波导提高太赫兹行波管的功率和带宽.针对这种新型慢波结构设计了一种新的传输波导作为输入输出能量耦合器.从高频特性仿真结果可以发现曲折双脊槽波导可以提高耦合阻抗并扩展带宽.此外, 粒子仿真结果表明当电子注加载27.4 kV电压和0.25 A电流时, 新型曲折双脊槽波导行波管在中心频率340 GHz处输出功率能达到65.8 W同时对应增益27.21 dB.因此, 曲折双脊槽波导行波管可以用作宽带和高功率太赫兹辐射源.

以弱色散特性的扇形金属-介质夹持杆螺旋线慢波结构的Ka波段行波管作为研究对象，进行了互作用特性仿真研究。采用螺距跳变和磁场跳变技术进一步提高了该行波管在工作频带的输出功率和电子效率，并解决了电子注散焦问题。设计结果表明：当工作电压为9 kV、工作电流为210 mA时，行波管在24~40 GHz整个频带内，各频点的增益在37.7~48.7 dB之间，电子效率在15.18%~19.42%之间，输出功率大于286 W。此结果较之均匀周期的设计结果，电子效率增幅在4.19%以上，输出功率增长率在4.3%以上，尤其在26~37 GHz范围内，电子效率增幅达到了11.8%以上，输出功率增长率达11.9%。