太赫兹（THz）全息术功率合成实现机理与特性研究

The purpose of this project is to study the essential physical problems, such as the realization principle and performance investigation of Terahertz (THz) holographic power-combining technology. By using the quasi-optic theory, ray-tracing method, and Gaussian-beam theory, the stepped multilayer dielectric lens will be analyzed and the mechanism of the Gaussian beam transforming to plane wave will also be investigated. Moreover, the finite-periodic-medium phase grating will be analyzed by using the holography theory, binary optic theory, and scalar diffraction theory. Analysis approach of the electromagnetic compatibility for the compact shielded cavity will be studied. Then, the completed theoretical systems of THz holographic power-combining technology will be constructed and the loss, bandwidth, power-combining efficiency, as well as power will be theoretically investigated. And then, the key technologies, such as THz plane-wave power dividing/combining, etc, will be broken through, while the optimal scheme of THz power combining will be presented. The experimental sample will be developed and the theory obtained from the project investigation will be verified. The strong theory and technique foundation will be laid for the advanced THz holographic power-combining solid-state source. This research project will enhance the primary research level and independent innovation capability in our THz research fields, which is very important.

本课题旨在研究基于全息技术的THz 功率合成实现原理及其工作特性等基本物理问题。运用准光学理论、射线追踪法和高斯波束理论等方法分析多层阶梯形介质透镜，研究高斯波束/准平面波束转换机理；利用全息术原理、二元光学理论及标量衍射理论等理论方法分析有限周期性圆孔介质相位光栅特性；研究小型化封闭腔电磁兼容分析方法，建立完善的THz 全息术功率合成理论体系，并对损耗、带宽、功率合成效率和功率等进行理论研究。突破THz频段平面波功率分配/合成等关键技术，提出最优THz 全息术功率合成方案。研制实验样品，并对本研究所获得理论结果进行验证，为高性能THz 全息术功率合成固态源的研制奠定坚实的理论和技术基础。该项目研究可提高我国THz 领域的基础研究水平和自主创新能力，具有重要的科学意义。

本项目主要围绕基于全息技术的THz 功率合成技术进行理论、电路、方法和应用方面的研究。主要研究内容和获得的重要成果包括：完成了多种三维太赫兹准光空间功率合成模型的理论研究，通过对毫米波/THz波的传播、衍射现象进行深入分析，完成了三维空间单反射赋形面加全息栅结构、赋形双反射面结构的功率合成电路的设计和优化；提出了一种新型的二维衍射模型，并将其应用于平行板这类准二维结构设计功率合成电路，完成了基于平行板结构的赋形单反射面THz多路功率合成电路、基于平行板结构的赋形双反射面THz多路功率合成电路的优化设计；完成了基于基片集成波导（SIW）结构的THz多路功率合成电路的特性；完成了多种毫米波/THz全波导结构功率合成电路的设计，并获得了与仿真结果相吻合的实验结果。同时，基于基金项目支持，研究了各种新型的微波毫米波无源电路，包括滤波器、功分器、双工器和合路器等，并进行了实验验证。在国家自然科学基金的支持下, 本项目的研究工作取得了很好的成果。共发表和录用论文89篇，其中在国际杂志上发表和录用期刊论文72篇，国际会议论文17篇，其中ESI高引论文2篇，JCR一区论文3篇（影响因子6.5），Scientific Reports期刊论文1篇，IEEE Transactions期刊论文4篇（3篇为第一作者），IEEE期刊论文12篇；67篇被SCI检索。申请发明专利12项，获授权发明专利3项(其中1项为美国发明专利)。该项目研究极大地提高了我国THz 领域的基础研究水平和自主创新能力，具有重要的科学意义。