太赫兹由于具有相当大的绝对带宽,在通信领域具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高、穿透性好等优点。太赫兹技术在太赫兹的产生、检测、混频器、成像等方面已有了很大的发展。然而,由于太赫兹波段在大气中衰减严重,太赫兹超灵敏接收机的有效探测面临着更高的挑战。高温超导约瑟夫森结检测器和混频器因其优越的灵敏度、宽频带、低噪声、低功率耗散等优点而成为太赫兹接收机前端的理想选择。高温超导γBa2Cu3O7-δ(YBCO)具有较高的临界温度和较大的能隙,利用此材料制备的约瑟夫森结的截止频率较高,是太赫兹波段理想的探测器件。YBCO双晶结具有良好的高频响应特性,但由于自身材料结构的限制,它的正常态电阻很小,这就使得和信号的耦合较差,造成检测器灵敏度降低等问题。本文从阻抗匹配的角度入手进行了多种太赫兹天线的设计、提出多结串联结构,并加载到高温超导YBCO双晶结的检测器中。通过这些方法,器件的灵敏度得到了很大提升,为太赫兹检测和接收做出了新的贡献。其主要的研究成果如下:1.针对210GHz大气窗口,结合太赫兹准光系统,设计了新型的蝶形加载蜿蜒线天线(Bowtieloadedmeanderantenna,BLMA),并制备出高质量的超导检测器。将集成在硅超半球透镜上的蜿蜒线天线以蝶形加载的方式,实现了在210GHz与检测器良好的阻抗匹配。完成了制备YBCO双晶结和阻抗匹配天线一体的制备工艺设计,成功制备出高质量的超导检测器。利用一阶夏皮罗(Shapiro)台阶响应率、天线与检测器间的耦合效率、电压响应率的测量,来表征集成了新型BLMA天线的YBCO双晶结的特性。这三种方法从检测器的性能直接反映了天线的作用,同时简单方便易于实现。2.将设计的新型BLMA应用到高温超导γBCO双晶结混频器。利用谐波混频的检测方法测量了集成这种新型天线混频器的特性,并与集成了对数周期天线(Log-periodic antenna,LPA)的混频器进行了对比。在210GHz辐射下,集成BLMA的混频器可实现谐波次数高达146、变频效率为-63.6 dB的谐波混频,集成LPA的混频器只实现了最高谐波次数为46、变频效率为-71.6 dB的混频。并且,实现146次谐波混频比46次谐波混频所需的本振功率更小。集成了 BLMA的混频器具有更高的谐波次数和变频效率及更低的本振功率,显示了其绝对的优越性能。3.提出以蜿蜒线作为阻抗精确调节器的蝶形天线。蜿蜒线的适当调节可以在天线输入阻抗实部变化不大的基础上,调节输入阻抗的虚部值,从而做到天线与结交流阻抗的共轭匹配。研究了蜿蜒线单元各参数对阻抗值的变化情况,为高温超导约瑟夫森结的交流阻抗调节提供了理论依据。实验上,设计了两个不同尺寸的蜿蜒线,通过测量电压响应率计算出研究高温超导约瑟夫森结的交流阻抗虚部值。4.提出了一种串联结构的高温超导YBCO双晶结混频器。零偏置下,当辐照210GHz信号时,3个同步工作的高温超导YBCO双晶串联结实现高达154次的谐波混频检测,远高于集成了 LPA的混频器所能检测到的最大谐波次数46次。并且,谐波混频的中频信号信噪比提高了 3dB,表明了串联结混频器的灵敏度增加,变频效率增加。零偏置的工作状态也有利于简化系统,减小偏置带来的热噪声。因此,串联结阵列混频器在太赫兹频段具有巨大的应用前景。5.进行了平面太赫兹超宽带天线和窄带天线的设计,并将其做成阵列进行太赫兹时域光谱(Time-domain spectroscopy,TDS)测量以表征天线。超宽带天线采用自互补结构,进行了扇形齿和尖形齿对数周期天线的设计与研究;双U形天线和四分之一波长阻抗匹配蝶形天线的提出实现了低输入阻抗,旨在提高低输入阻抗器件与天线间的耦合效率,从而提高器件的灵敏度。TDS测量天线阵列也为今后太赫兹天线的测量提供了新的有效途径。