本文设计了一种基于双层金属亚波长光栅的太赫兹偏振器，其可以实现高透过率和良好消光比的特性.该偏振器是通过微加工技术在薄石英衬底的上下表面上制备而成的.实验和模拟结果均表明，双层金属光栅具有与单层金属光栅相近的透过率、更高的偏振度和更高的消光比.在0.3~2.0 THz的频率范围内，测量的透过率在83.4%到62.7%之间，偏振度大于99.7%，消光比大于29 dB.此外，设计的两种双层金属光栅偏振器件成功地应用于太赫兹时域光谱（TeraHertz Time Domain Spectroscopy，THz-TDS）系统中，获得了超过96.2%的偏振度和超过17.1 dB的消光比.通过调整金属亚波长光栅的参数（例如间距、线宽和金属膜厚度），可以进一步提高透过率、偏振度和消光比等特性.

本文对太赫兹功率放大单片封装技术进行研究，主要包括波导-微带垂直过渡和模块内的模式谐振抑制技术.不同于常规的矩形探针平面过渡，本文提出了一种基于分叉探针的垂直过渡结构，适用于多层电路排布的系统/模块封装，并在WR-4波导频段（170~260 GHz）进行了背靠背结构的实验验证，在整个波导频带内，回波损耗优于16 dB，单个过渡的插入损耗约0.42 dB，这包括了波导模块接触不良造成的额外的损耗.为进一步降低过渡损耗，提出了一种开口谐振环结构，用来抑制不良接触导致的电磁泄漏，使过渡损耗降低为原来的一半.此外，为避免功率放大模块内部发生模式谐振，提出将电磁带隙结构设置在平面传输线的上腔来抑制高次模的激励、传输和谐振.应用上述技术对工作于210~230 GHz的功率放大单片进行封装及测试.在210 GHz，小信号增益达到最大值20.75 dB，单端封装损耗约0.8 dB；在217 GHz达到最大输出功率15.6 dBm，与芯片手册数据吻合较好.

本文针对智能反射面辅助的太赫兹卫星通信系统，提出一种基于用户非完美信道状态信息的鲁棒安全波束成形算法，以提升系统的物理层安全性能.首先，在智能反射面辅助的太赫兹卫星系统采用多播传输技术向多个合法用户发送信号，并且在其覆盖区域内存在多个窃听者的场景下，建立以卫星发射功率最小化为目标函数，合法用户的可达速率和可达安全速率满足要求为约束的联合优化问题.其次，考虑到非完美信道状态信息导致可达速率和可达安全速率均为非凸的概率约束，提出采用二阶泰勒展开和S程序方法对其进行转化，并进一步通过半正定规划完成智能反射面的相移矩阵和卫星发射功率的联合优化设计.最后，计算机仿真验证了所提算法的有效性和优越性.

本文基于0.18 μm CMOS工艺提出了一种新型微波人工表面等离激元（Spoof Surface Plasmon Polariton，SSPP）耦合式滤波器结构并进行加工和测量，同时设计了一种太赫兹SSPP四边形滤波器并进行了全波仿真.新型微波SSPP耦合式滤波器通带为11~12.3 GHz（S ₁₁<-10 dB，S ₂₁>-3.5 dB），结构紧凑，电尺寸仅为0.018 4 λ _g × 0.008 4 λ _g，远小于其他基于集成电路工艺设计的无源滤波器.通过优化与调整，可以将新型微波SSPP耦合式滤波器的性能进一步优化到要求范围内.太赫兹SSPP四边形滤波器通带为210.8~241.3 GHz（S ₁₁<-10 dB，S ₂₁>-4.7 dB），带内插入损耗仅为2.7 dB，带外抑制良好.两种SSPP滤波器均采用非接触式电磁耦合的新型能量传递方式，结构设计新颖，并且微波段SSPP耦合式滤波器小型化优势明显，电尺寸仅为0.019 λ _g × 0.009 λ _g，易于芯片集成.本文提出的两种SSPP滤波器经过等比例缩放，可工作在微波、毫米波以及太赫兹频段，为新型片上无源滤波器的研究设计提供参考和借鉴.

本文提出了一种基于石墨烯和二氧化钒（VO₂）的伞状结构可重构太赫兹超宽带吸波器，极大地拓展了太赫兹吸波器的吸收带宽，具有功能可重构、调制深度大等优点.该吸波器由伞状VO₂贴片、聚乙烯环烯烃共聚物（Topas）介电层、石墨烯层以及金属反射层组成.当VO₂处于绝缘态、石墨烯的费米能级为0 eV时，该吸波器在整个太赫兹波段内表现为全反射特性.当VO₂处于金属态、石墨烯的费米能级为0.75 eV时，该吸波器在3.57~10 THz频率范围内实现了超宽带吸收，平均吸收率达到了94%以上，吸收带宽高达6.43 THz.同时调节VO₂的电导率和石墨烯的费米能级，可在两个完美吸收点处实现最大分别为97.9%（4.3 THz处）、96.8%（8.25 THz处）的调制深度，具有良好的开关特性.此外，该吸波器还具有极化不敏感和广角吸收特性，在 {\mathrm{0}}^{°} ~ {\mathrm{35}}^{°}的入射角范围内，该吸波器在3.57~10 THz带宽范围内均保持着90%以上的吸收率.该可重构太赫兹超宽带吸波器在可调宽带吸收器件、隐身器件、热探测、太赫兹开关等领域具有潜在的应用价值.

本文提出了一种工作在太赫兹频段的双频圆极化手性吸波和异常反射手性超表面，通过合理组合两种手性结构，实现在两个频段相互独立的圆极化手性吸收和异常角度的圆极化转换功能.该双频太赫兹手性超表面在2.53 THz处对左旋圆极化波的吸收率为96.3%，对右旋圆极化波实现同极化的反射；在3.43 THz处对右旋圆极化波的吸收率为90.9%，而对左旋圆极化波表现为同极化反射功能.本文进一步通过连续旋转单元图案引入几何相位，实现了2π反射相位全覆盖.组阵后的手性超表面在两个工作频点各自吸收特定旋向的圆极化波，而对正交极化的圆极化波分别发生约±20°的保手性异常反射.这种基于手性超表面的双频太赫兹多功能器件有望应用于电磁能量收集、极化转换器、手性传感等领域.

在微波频段，应用在可重构超表面单元上的开关往往具有良好的通断性能，可以在单元层面实现低损耗、180°相位差的1-比特相位量化特性.随着频率提升到毫米波甚至太赫兹频段，开关性能会因为寄生效应而下降，引起可重构超表面单元的设计困难.在本工作中，将可重构超表面单元的等效为一个微波二端口网络模型，通过分析网络的阻抗参数和散射参数，指出了单元反射系数与开关反射系数的传递关系.所提的关系式，经过不同频段的不同开关与单元结构的仿真验证.本工作可以根据任意开关参数，给出1-bit的单元的性能上限，所提的设计流程可以指导太赫兹可重构超表面单元的设计与优化.

超材料是具有特殊性质的人工电磁材料，可以调控电磁波的频率、幅度、相位和极化等基本的物理特征，在太赫兹波段具有重要的理论研究和应用价值.由于超材料结构设计过程复杂和仿真模拟计算时间的限制，超材料结构设计面临着巨大的挑战.鉴于太赫兹超材料器件已在生物医学、宽带通信、安全筛查等领域取得一定的成果，本文从传统设计方法入手简述了太赫兹超材料常用器件的研究进展及设计过程存在的问题；详细地梳理和综述了编码超材料的研究成果，特别是编码超表面和可编程超表面；总结了深度学习算法在太赫兹超材料结构设计中的应用；最后，探讨了智能化方法在太赫兹超材料结构设计中面临的挑战和开放性的研究方向.该研究将为人们充分掌握简易、快捷和智能化的设计方法提供参考，同时也为智能化设计方法在太赫兹超材料中的发展和应用提供新的想法和思路.

本文综述了基于人工微结构的太赫兹超表面透镜的最新研究进展，通过仿真分析了人工微结构单元与太赫兹波的相互作用，阐述了共振相位、几何相位和传输相位3种主要的相位调控机理及相应的相位调制效果.根据透镜相位的空间分布规律，通过合理的人工微结构布局实现对入射太赫兹波波前的调控，从而实现太赫兹超表面透镜的聚焦和成像功能.太赫兹超表面透镜具有设计灵活、厚度超薄、功能多样等诸多优势，在太赫兹波无损检测、高速通信和公共安全等领域具有广阔的应用前景.本文根据太赫兹波聚焦效率这一重要技术指标，介绍了基于单层结构、多层结构、全介质结构以及可调谐太赫兹超表面透镜的研究成果，并对太赫兹超表面透镜的未来发展前景进行了展望.

太赫兹波段处于微波、毫米波与光波段之间，其相关技术对下一代高速通信、高分辨成像、智能感通一体等多个信息领域的发展具有重要的意义.发展太赫兹应用技术需要对太赫兹波束进行操控和信息加载.动态超表面作为一种新型的实现结构和器件，是实现该功能的重要途径之一.本文将以太赫兹动态超表面的调控功能作为分类依据，从相辅相成的材料、结构、机理及其最终表现的应用演示对幅度调控、相位调控、极化调控、波束调控、高阶非线性调控太赫兹动态超表面5个方面进行了概述，介绍了不同类型动态超表面的相似性与独特性，并对部分工作进行了指标对比.最后，展望了太赫兹动态超表面的发展趋势.本文希望更多学者可以了解太赫兹动态超表面，并促进此领域的发展.

智能超表面（Reconfigurable Intelligent Surface，RIS）作为第六代（Sixth Generation，6G）移动通信中的潜在关键技术之一，具有低成本、低能耗和易于部署等特点.通过给电磁单元上的可调元件施加控制信号，可以实现对入射信号的幅度、相位、极化等调控，从而构造智能化的通信环境，为终端高能效无线通信提供了契机.本文首先基于无人机通信技术发展现状，阐明了将RIS技术引入无人机通信系统的必要性；然后，分析了RIS使能无人机高能效通信信道的传输机理，归纳了信道建模关键技术；最后针对RIS使能无人机高能效通信信道建模，总结和展望了未来的技术挑战与研究方向.