太赫兹波分别在长波和短波方向与毫米波和红外线存在一定的重叠区域，作为电磁波中唯一尚未完全开发利用的频谱资源，近年来已经成为全球科学研究的前沿和热点之一。关键无源元件（包括滤波器、耦合器等），作为太赫兹系统中重要的组成部分，是太赫兹波开发和应用的基础，近年来已经成为太赫兹技术研究的热点之一。实现高性能的太赫兹滤波器、耦合器等关键无源元件对于推进太赫兹系统的发展具有十分重要的意义。本文对太赫兹频段金属表面特性的计算方法，基于MEMS技术的波导滤波器、耦合器，悬置介质波导的低损耗特性以及基于MEMS热微执行器的太赫兹波导开关展开了深入的研究。具体研究内容包括：　　（1）太赫兹频段金属表面的电导率、表面阻抗研究。与微波、毫米波频段相比，太赫兹频段金属趋肤深度更小，表面特性受频率的影响更显著，对表面粗糙度也更加敏感，因而微波毫米波频段金属表面特性模型无法精确的表征太赫兹频段的表面特性。针对上述问题，提出了改进的Huray模型，在分析太赫兹金属表面特性中考虑频率和表面粗糙度的影响，并且把散射功率加入到金属表面总耗散功率中，弥补了传统Huray模型在太赫兹及更高频率范围内计算精度的不足；研究了米氏散射模型，HB模型和Huray模型等金属表面粗糙度模型，并在此基础上研究了有效电导率和表面电阻随频率和表面粗糙度的变化关系，进而建立了太赫兹频段粗糙金属表面有效电导率和表面电阻的分析方法。将上述研究应用在本文金属波导滤波器和耦合器的设计中，提高了设计准确度。　　（2）基于MEMS技术的太赫兹频段波导滤波器的研究。在太赫兹频段，由于金属表面粗糙度的影响，波导谐振腔的品质因数较小；而且滤波器尺寸微小，频率响应对结构尺寸敏感度非常高，从而导致元件容差性低且对工艺依赖程度高。针对上述问题，本文研究了谐振腔主要工作模式的场分布，分析了表面粗糙度对损耗功率的影响，在此基础上提出了在太赫兹频段实现低损耗高Q值波导谐振腔的方法。此外，为了提高滤波器的容差性，采用单个“级联三级子”（CT）交叉耦合结构，通过引入传输零点，在不增加谐振腔数量的前提下改善了带内损耗特性和带外抑制度；采用TE301/TE102双模谐振腔电感耦合滤波结构，谐振腔的数量减少一半的同时改善了带外抑制，降低了对工艺的依赖度。同时分析了MEMS工艺因素对滤波性能的影响，优化了滤波器的设计。基于上述研究，研制出中心频率高于1THz的体硅MEMS波导滤波器，其带内最优插入损耗小于2dB，偏离中心频率1.67％处带外抑制度优于30dB。　　（3）基于MEMS技术的太赫兹频段波导耦合器的研究。太赫兹波导耦合器尺寸微小，而测试波导法兰尺寸至少是它的4～5倍。采用传统的测试方法需将四个输入/输出波导分别延长至法兰尺寸，由于太赫兹频段直波导的损耗已经不能忽略不计，因而采用该方法不能准确测得耦合器的性能。为了解决这个问题，提出了一种适用于太赫兹频段四端口耦合器测试的方法，在不延长输入/输出波导长度的情况下，设计三个相应的测试结构分别对耦合器的直通、耦合和隔离特性进行测试，将其应用在本文基于MEMS技术的3dB E面正交混合电桥耦合器和10dB H面Riblet短缝耦合器的设计和测试中，两种耦合器实测损耗均优于1dB，验证了测试方法的有效性。　　（4）太赫兹频段低损耗介质波导的研究。针对太赫兹频段金属波导损耗较大的问题，研究了太赫兹介质波导工作模式和损耗特性，提出了在590GHz～655GHz频率范围内拥有低损耗优势的悬置硅波导结构。采用渐变的尖劈结构，实现了硅波导到金属矩形波导的过渡；通过支撑栅的合理设置和在支撑块上挖槽，增强了硅波导对电磁场的束缚能力，从而提高了电磁能量在硅波导中的传输效率。实测悬置硅波导的平均损耗优于0.1dB/mm，小于目前报道的金属矩形波导的损耗。　　（5）基于MEMS热微执行器的太赫兹波导开关研究。开关是太赫兹波导系统的重要元件，而目前报道的太赫兹开关多采用光子晶体、频率选择表面等结构实现，存在不便于与波导系统相连的问题。针对这个问题，提出了一种太赫兹波导开关结构，将MEMS热微执行器集成在未做任何结构改变的太赫兹标准金属波导中，结合对波导中电磁场分布特性分析，研究了热微执行器结构尺寸、旋转角度等参量对电磁波传播的影响，通过温度变化控制热微执行器在波导中做旋转运动，实现通行或阻断电磁波传播的功能，解决了现有的太赫兹开关与波导系统较难集成的问题。经分析，当热微执行器贴在波导H面的底面时，在220GHz～330GHz频段内传输损耗小于1.5dB；当与底面垂直时，传输损耗可达90dB。