太赫兹(Terahertz-THz)电磁波是指频率在0.1THz-10THz(波长为3mm-30μm)范围内的电磁波。太赫兹波在电磁波谱中占有特殊的位置,在长波段与毫米波(亚毫米波)相重合,而在短波段与红外线相重合。由于该频段正好处于宏观电子学向微观光子学过渡的区域,因此太赫兹波具有丰富的科学内涵和独特的优越性,这使得太赫兹成像技术在安全检查、无损检测和雷达遥感等诸多领域都具有重要的学术价值和广阔的应用前景。　　 相比于微波频段,由于太赫兹器件的研究起步较晚,目前大多数太赫兹器件的成本都比较高,尤其是高功率的太赫兹辐射源和高灵敏度的太赫兹检测器。对于安检、监控等很多实际应用场合而言,一套实用化的太赫兹成像系统必须具有较低的系统成本和较高的成像实时性,因此传统的焦面阵和逐点机械扫描成像方法都存在着一定的不足。波束扫描太赫兹成像技术,能够在保持较低系统造价的前提下,获得较高的图像获取速率,因此可能较好地解决系统成本与成像速度之间的矛盾,目前已成为国内外太赫兹领域的研究热点。　　 本文围绕国家自然科学基金、中科院知识创新工程等项目的研究任务,探索性地研究了一系列新型的太赫兹波束扫描成像方法及相关技术,并取得了一些创新性的研究成果。现将论文的主要工作和创新性成果简要介绍如下:　　 一、提出了一种“太赫兹波束扫描pillbox天线结构”,基于pillbox天线内部次反射体的高速旋转和椭圆主反射面的聚束特性,同时实现波束汇聚和波束的快速扫描功能,从而适用于太赫兹快速成像应用;为了有效设计出高性能的太赫兹波束扫描pillbox天线,提出并研究了一种反向射线追踪方法(RRTA),基于RRTA优化了天线馈源、次反射体等的位置、形状和尺寸参数,使天线在波束扫描过程中的总体像差实现了最小化:针对太赫兹波束扫描pillbox天线所具有的2.5维电大尺寸的特殊结构,本文提出一种基于离散实镜像理论和修正物理光学法的新型电磁仿真分析方法(DRMI-PO),用于准确高效地分析这种新型结构天线的辐射特性与波束扫描特性。　　 二、针对太赫兹快速成像应用,提出了一种新型“太赫兹正交波束扫描快速成像体制”并开展了原理验证系统的集成研究。这种新型成像系统采用“太赫兹正交波束扫描收发pillbox天线”,发射天线具有竖直方向扇形波束,通过其内部次反射面旋转可实现水平方向波束扫描;接收天线具有水平方向扇形波束,通过其内部次反射面旋转可实现竖直方向波束扫描。接收机能够接收到收发天线波束重叠位置的回波信号,通过扫描控制系统实现两天线的次反射面以特定方式同步旋转,可对一定区域内的目标实现快速成像。具体工作和创新性成果如下:　　 (1)提出并深入研究了新型“太赫兹正交波束扫描快速成像体制”。　　 (2)根据成像系统要求,完成了太赫兹扇形波束扫描收发pillbox天线的优化设计、研制与测试。　　 (3)针对成像系统收发天线的特殊构架,基于互易定理与DRMI-PO提出了一种适用于该新型成像系统的目标回波特性分析方法,并应用此方法分析了典型位置处目标的回波特性。　　 (4)基于耿氏振荡器、倍频器和肖特基二极管检波器,研究集成了太赫兹正交波束扫描非相干成像系统,并对该系统进行了成像实验和成像结果分析。　　 (5)基于微波矢量网络分析仪和太赫兹扩展模块,研究集成了太赫兹正交波束扫描相干成像系统,并对该系统进行了成像实验和成像结果分析。　　 三、针对太赫兹近场高分辨率成像的应用要求,提出了一种“太赫兹聚焦波束扫描成像体制”并开展了原理验证系统的集成研究。这种成像系统采用收发共用的新型太赫兹pillbox天线产生出能够快速扫描的点状波束,并通过天线结构的优化设计保证扫描过程中波束方向的高度一致性,以克服传统波束扫描成像方法中由于波束方向变化引起的图像不均匀性,以获得良好的成像质量。具体工作和创新性成果如下:　　 (1)提出了“太赫兹聚焦波束扫描成像体制”和“太赫兹聚焦波束扫描pillbox天线结构”。　　 (2)根据成像系统要求,完成了太赫兹聚焦波束扫描pillbox天线的优化设计、分析和测试。　　 (3)针对成像系统收发共用天线的特殊构架,基于互易定理与DRMI-PO提出了一种适用于该新型成像系统的目标回波特性分析方法,并应用此方法分析了典型位置处目标的回波特性。　　 (4)基于太赫兹扩展模块,设计并集成了一套外差式太赫兹成像系统主机。　　 (5)基于耿氏振荡器、倍频器和肖特基二极管检波器,研究集成了太赫兹聚焦波束扫描非相干成像系统,并对该系统进行了成像实验和成像结果分析。　　 (6)基于微波矢量网络分析仪和太赫兹扩展模块,研究集成了太赫兹聚焦波束扫描相干成像系统,并对该系统进行了成像实验和成像结果分析。　　 (7)基于独立研制的外差式太赫兹成像系统主机,研究集成了太赫兹聚焦波束扫描相干成像系统,并对该系统进行了成像实验和成像结果分析。