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太赫兹波段集中了宇宙辐射近一半的能量，约占整个辐射光子数的90％以上，是研究冷暗天体、早期遥远天体、被尘埃掩盖天体的重要波段。自上世纪七十年代高灵敏度超导太赫兹探测技术兴起，使得太赫兹射电天文观测进入崭新发展阶段。超导SIS(Superconductor-Insulator-Superconductor)隧道结混频器具有接近量子极限的灵敏度和高变频增益，目前，广泛应用于国内外1THz以下的毫米波与亚毫米波天文相干观测。例如，目前世界最大的射电天文干涉阵列ALMA(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array)的band3～band10频段，赫歇尔太空观测站(Herschel Space Observatory)的HIFI(HeterodyneInstrument for the Far Infrared)接收机band1～band5频段，以及由紫金山天文台研制的我国青海德令哈13.7m频段范围85GHz～115CHz的超导摄谱阵列接收机SSRA(Superconducting Spectroscopic Array Receiver)。 超导SIS混频器的设计不断改进以满足宽中频和高动态范围的观测需要，前者能够实现了多分子谱线的同时观测，提高功率和连续谱观测的灵敏度;而后者通过改善接收信号幅值校准精度，实现了高保真频谱成像。本论文主要基于串联分布式超导隧道结阵列SDJ(Series-connected Distributed SIS Junction)混频器研究，以改善超导隧道结混频电路的中频带宽和动态范围，并取得了以下主要成果: 1.建立完整的SDJ混频电路仿真模型。引入不动点迭代法，克服牛顿迭代难以应用于求解多维变量非线性方程组的缺点，成功求解SDJ混频电路本振大信号非线性方程组;拓展线性二端口网络噪声相关矩阵分析方法，并应用于SIS隧道结阵列混频电路噪声分析，建立统一的SIS隧道结阵列混频电路散粒噪声电脑辅助计算方法。该方法不仅适用于超导SIS结混频电路，而且适合于一般混频电路的噪声分析。 2.新的SDJ混频电路仿真模型，能够完成以前无法实现的SDJ混频性能分析。一方面通过仿真能够抽取阵列中单个超导隧道结的工作状态，这是实验无法测量的;另一方面可以进行直流偏置电流和本振信号二维扫描，优化电路，确定最佳偏置状态。作为一个研究实例，仿真分析了哈佛史密松天体中心设计的220GHz的SDJ混频电路，阐明了该SDJ混频器的工作机制和噪声特性。 3.针对现有SDJ混频电路电流源偏置导致的性能局限问题，提出新型嵌入Bias-T式SDJ混频电路设计，实现SDJ混频电路中每个SIS结一致电压偏置。新设计有望应用于我国德令哈13.7m望远镜下一代大规模超导成像摄谱阵列接收机系统。