太赫兹波具有许多优良的特性和广泛的应用潜力。太赫兹技术研究中的首要问题是如何获取太赫兹源,基于固态器件的非线性效应将微波毫米波信号向更高频段倍频是目前获取太赫兹信号的主要技术途径之一。平面肖特基二极管由于具有低的寄生参数、高的截止频率和可室温工作等特点,一直是太赫兹固态变频（倍频、混频和检波）技术中的主流器件。太赫兹倍频二极管往往工作于高频、高功率、非线性和多谐波状态下。同时,伴随着复杂的工作条件,二极管内部也会出现一些特殊的物理效应,包括自热效应、速度饱和效应等。因此,太赫兹倍频技术中的主要难点之一在于如何对二极管进行准确建模。传统的二极管SPICE模型并未考虑这些特殊物理效应,导致了二极管模型的准确度较差,有必要对其物理基模型进行深入研究。另一方面,随着频率的升高,如何根据工作频率对二极管进行最优化设计是一个关键问题。同时,在太赫兹频段,倍频器的宽带设计也是一个公认的技术难题。在电路设计层面,太赫兹倍频电路中需要大量的模式转换和滤波结构。这些无源电路对倍频器的性能同样具有重要影响。本文围绕上述关键难题,对肖特基二极管自热效应、速度饱和效应、寄生参数提取、二极管频率适应性、宽带匹配方法、新型波导-微带模式转换、谐波控制匹配技术以及太赫兹单片集成倍频等关键技术展开了深入研究,主要研究内容包括:（1）太赫兹肖特基势垒二极管本征模型研究。针对传统的二极管SPICE模型准确度不高的问题,本文分段函数和电热仿真分别表征了在高频、高功率状态下二极管的速度饱和效应和自热效应,提出了一种二极管物理基模型。此外,该模型也基于物理基仿真对二极管的正向C-V特性进行了修正。采用本文提出的二极管物理基SDD模型设计的倍频器,其实测结果与仿真结果具有更高的吻合度。同时,本文的建模方法也具有良好的通用性。（2）太赫兹肖特基势垒二极管寄生模型研究。针对二极管结构的最优化问题,本文提出了一种基于奇-偶模理论的四结构寄生参数提取方法。结合矩阵运算,该方法可以快速准确地提取出二极管的等效寄生参数,进而反过来指导二极管的结构优化和设计。在三维电磁建模方面,针对传统微同轴内部端口技术端口数目不自洽的问题,本文提出了一种具有明确物理含义的双集总端口技术,可以用于替代经典的微同轴波端口技术,并具有更高的准确度。（3）二极管频率适应性与宽带匹配方法研究。本文基于统计方法研究了二极管管芯的频率适应性问题,揭示了二极管阳极直径与工作频率之间的统计规律。进一步地,从电路匹配的基本原理出发,本文研究了二极管宽带匹配的限制因素并提出了一种阻抗压缩匹配方法,用于拓展倍频器工作带宽。基于提出的统计规律和宽带匹配方法,本文研制了两款全波导带宽的二倍频器,分别覆盖140-220GHz和170-260 GHz频带,前者平均输出功率1.5 m W,后者平均输出功率5-7m W。（4）太赫兹新型波导-微带转换技术研究。太赫兹倍频器的设计需要大量的波导-微带转换结构。此外,在一些特定场合,直流中频（DC/IF）回路也是必要的。为了使太赫兹倍频器具有更加紧凑的结构,本文提出了三种新型的波导-微带转换结构,包括内建DC/IF回路的波导到微带转换、基于楔形膜片的波导到微带同向转换以及带环形接地谐振器的波导到微带同向转换。采用上述新颖的转换结构,本文分别研制了三款紧凑的太赫兹倍频器,包括一个110 GHz三倍频器、一个140GHz二倍频器和一个220 GHz三倍频器。基于上述倍频器,本文搭建了一个220GHz安检成像前端,并获得了良好的成像效果。（5）太赫兹探针多谐波匹配技术研究。传统上,太赫兹频段倍频器的匹配大多基于高损耗的微带电路。同时,传统设计方法中闲置谐波的阻抗状态也往往被忽视。为了减小匹配损耗并提高倍频效率,本文提出了一种探针多谐波匹配技术,通过优化探针的结构参数,使得探针在实现模式转换的同时完成对二极管的阻抗匹配和对闲置谐波的控制。采用上述匹配方法,本文研制了三款太赫兹倍频器,包括一个170 GHz二倍频器、一个250 GHz三倍频器和一个500 GHz三倍频器,三个倍频器分别获得了13.22 m W,6.3 m W和460μW的峰值输出功率。进一步地,基于上述倍频器和已有的500 GHz次谐波混频器,本文搭建了一个500 GHz太赫兹前端变频测试平台,实现了频谱的上下搬移。（6）太赫兹单片集成倍频技术研究。针对传统混合集成倍频技术中人工装配困难、装配误差大和一致性较差等问题,本文最后开展了太赫兹单片集成倍频技术研究。通过将二极管器件与无源电路集成在一块衬底上,单片集成避免了人工装配带来的误差。采用国内的工艺,本文研制了一款500 GHz单片集成三倍频器,工作于460-540 GHz频段,实现了250μW的平均输出功率。