太赫兹成像是太赫兹波的重要应用领域之一。为实现二维波束扫描成像并获取良好的空间分辨率，现有的太赫兹成像系统多采用一个或多个反射面的转动或摆动，实现二维波束扫描，这种准光学机械扫描体制成像时间长达数秒甚至数十秒，因此系统的实际应用价值大打折扣。为缩短成像时间，本文研究了新型的电控波束扫描天线，并探索了其在太赫兹快速成像系统中的初步应用。电控波束扫描具有扫描效率高，控制灵活方便等特点，因此在安检、遥感和空间探测等领域都具有良好的应用前景。在国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向项目和国家863计划项目等支持下，本文研究了太赫兹电控波束扫描天线的实现方式，并开展了基于太赫兹电控波束扫描天线的初步成像试验。论文的主要工作和创新点如下:　　一、开展频率扫描反射面天线的研究。　　(1)提出了一种基于多层介质的太赫兹频率扫描反射面天线及其镜像反射波抑制方法，针对频率扫描反射面天线的多层介质结构，建立周期单元的等效传输线模型，分析介质的介电常数和厚度对衍射波转化效率的影响，研究镜像反射波的抑制方法，优化反射面天线多层介质的厚度，实现高衍射效率。　　(2)针对基于多层介质的太赫兹频率扫描反射面天线加工复杂度高、不易拓展到更高频段的缺陷，提出一种基于平面二元结构的频率扫描反射面天线，针对此种平面二元结构，提出一种衍射波增强机制以提高衍射波转化效率，实现天线高增益;基于该设计方法将频率扫描反射面天线的工作频率扩展到0.3THz及以上频段。　　二、开展频率扫描漏波天线的研究。　　(1)研究基于介质基片集成波导(SIW)漏波天线的工作机理，对于基于SIW的漏波天线，提出一种对脊鳍线波导转换器，解决金属波导到介质集成波导的能量转换问题。在漏波辐射段的始端和终端采用余弦渐变缝隙，中间部分采用均匀直缝，通过仿真优化缝隙偏移量和缝隙宽度，综合考虑端口反射系数和方向图，得到最终的缝隙尺寸，并进行实际加工验证，实现了大角度的波束扫描。　　(2)针对漏波天线高效率、低幅瓣的要求，采用金属波导缝隙的方式传输电磁波，降低电磁波在导波结构中的传输损耗，设计了一种太赫兹波导缝隙频率扫描天线。采用泰勒综合法降低幅瓣电平，通过软件仿真结合功率传输法设计最优的缝隙分布;经实验测试，波导缝隙天线扫描角度可达50°，增益约为15dB，幅瓣抑制优于20dB，波导缝隙天线具有扫描角度大、幅瓣低的优良特性。　　三、开展太赫兹液晶电控波束扫描天线研究。　　深入研究液晶电控调相的工作机理，提出一种加载延迟线型液晶单元结构，通过优化贴片尺寸，实现相移范围大、衰减小的液晶单元。基于粒子群算法优化偏置电压分布，使主波束按要求偏转，且旁瓣电平较低。初步仿真验证表明:液晶电控波束扫描天线兼具频率扫描反射面天线和频率扫描漏波天线的优势，具有扫描角度大，增益高的优势。　　四、开展基于频率扫描天线的太赫兹成像研究。　　(1)基于微波矢量网络分析仪、太赫兹频率扩展模块和频率扫描天线搭建0.3THz目标实时探测试验装置，进行目标探测实验研究。实验证明了频率扫描天线可以应用到目标探测中，并且在较大角度范围内，通过提取回波频率信息对目标方向实现准确定位。　　(2)提出一种基于子空间加权的角度超分辨算法，利用频率扫描天线扫描角度与工作频率之间的非线性关系，对每个子空间内的信号向量进行加权求和，在视场区域内实现小于3dB波束宽度的方位分辨能力。　　(3)为进一步提高分辨能力，提出一种基于频率扫描天线的多重信号分类算法(FS-MUSIC)，首次将MUSIC算法引入到基于频率扫描天线的探测系统中，通过定义与传统MUSIC物理意义不同的阵列导向矩阵，将MUSIC算法扩展到频扫单端口天线的应用中;提出了适用于频率扫描天线阵列导向矩阵的子空间平滑方法的约束条件，构造托普利兹结构的阵列导向矩阵，使其满足平移不变性，在此基础上对接收信号向量进行前向平滑处理，实现信号去相干;构造MUSIC伪谱函数，通过搜索谱峰最大值得到目标的方位。　　(4)提出一种基于频率扫描体制的太赫兹二维成像算法，该算法将脉冲压缩技术与波达角估计技术结合起来，在方位向进行基于FS-MUSIC算法的波达角估计，在距离向对回波信号进行脉冲压缩处理，得到目标的距离向信息，再将对应于目标方位角度的距离压缩结果提取出来，最终得到二维图像。