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太赫兹是最后一段尚未被充分认识和利用的电磁波段。凭借其优越的性能,太赫兹波为人类未来发展提供了许多机遇,在医学成像、安全检测、宽带通信、农业检测等多个领域具有广泛的应用前景。作为太赫兹探测系统的关键部分,太赫兹天线的性能将直接影响其探测质量。本文的主要工作是研究并设计宽频带及小型化的太赫兹片上天线,并应用于太赫兹混频器的设计中。本文具体研究工作如下:（1）概述了太赫兹片上天线的理论,研究了改进天线小型化与宽频带的方法。采用TSMC 40nm CMOS工艺,基于矩形辐射贴片设计了矩形槽、T形槽、双T形槽和双E形槽天线。通过不断改变开槽结构和位置,逐渐减小天线的尺寸并优化性能,基于矩形辐射贴片的双E形槽天线尺寸最小,带宽高达179GHz。基于环形辐射贴片的天线在300GHz和600GHz时均具有较好的带宽,分别设计了环形差分天线、环形单端口馈电天线,并将环形单端口馈电天线设计成1×2的平面阵列,带宽高达110GHz。（2）基于太赫兹探测系统的应用,将设计的太赫兹片上天线与太赫兹电路组合,应用于太赫兹信号源与外差式混频探测器芯片。基于TSMC 40nm CMOS工艺设计了300GHz和600GHz外差式混频器,并分别设计了一级差分共源中频放大器和两级共源中频放大器电路进一步放大混频后输出的中频信号。300GHz探测器的最大转换增益为11.08dB,最大电压响应度为35.75kV/W,噪声等效功率为142.04fW/Hz1/2,输出频率带宽为0.113GHz。600GHz探测器的最大转换增益为15.328dB,最大电压响应度为58.399kV/W,噪声等效功率为40.055nW/Hz1/2,输出频率带宽为0.117.28GHz。（3）将设计的片上天线和太赫兹电路一起进行版图设计,并进行电路的后仿真。矩形槽天线和双T形槽天线分别和双推振荡器电路集成构成太赫兹信号源,T形槽天线和双E形槽天线分别和振荡器电路集成构成太赫兹信号源阵列,环形差分天线与外差式混频器集成构成300GHz探测器,环形单端口馈电天线和环形阵列天线分别和外差式混频器集成构成600GHz探测器。（4）针对太赫兹信号源与外差式探测器芯片,设计了外部扩展电路和太赫兹源与探测器平台,进行芯片测试。通过太赫兹信号源与探测器芯片的测试结果验证片上天线的性能。本文主要获得的改进效果如下:（1）采用贴片曲流技术对辐射贴片进行开槽设计,改善天线的性能,实现了天线的小型化与宽频带,并将天线设计成阵列形式,提高太赫兹片上天线的增益。（2）通过在芯片上方增加硅透镜反射,改变太赫兹电磁波的辐射角,实现波束成形,提升天线的辐射效率。（3）外差式混频器与中频放大器相结合,输出中频可控,并且具有较高的转换增益和带宽。