高灵敏度超导混频技术是推动天体物理前沿领域—太赫兹天文观测研究发展的重要因素之一。目前，已被广泛应用的铌超导隧道结的灵敏度已接近量子极限，但其能隙频率仅为0.7 THz。高于该频率，超导体会吸收光子能量拆散其中Cooper对(能量耗散过程)，进而导致探测灵敏度恶化。因此，研究基于更高能隙超导体的太赫兹混频技术具有特别重要的意义。氮化铌超导隧道结的能隙频率是铌的两倍，其制备技术近年来取得很大进展，但较于铌隧道结的优势尚未显现，也未实现天文观测应用。　　 基于上述背景，本文开展了太赫兹频段氮化铌超导隧道结量子混频特性的系统研究，并利用研制的0.5-THz频段氮化铌超导隧道结混频器开展天文试验观测。取得的主要研究成果包括：1)实现基于高介电常数MgO基板的0.4～0.6THz宽带波导型信号耦合回路的数值模拟；2)成功制备能隙电压高达5.6mV、质量因子高达15的全氮化铌超导隧道结；3)研制的0.5-THz频段波导型氮化铌超导隧道结混频器的实测接收机噪声温度低达五倍量子极限，是同频段氮化铌超导隧道结实现的最好噪声性能；4)首次实验展示了氮化铌超导隧道结在高达10 K温区仍有接近量子极限的噪声性能、以及不易受Josephson效应干扰(更高稳定性)的独特优势；5)在国际上首次实现应用氮化铌超导隧道结的天文观测。　　 本文研究工作对氮化铌超导隧道结的太赫兹频段量子混频特性有了更深入的理解，实现了接近量子极限探测灵敏度以及天文试验观测，并展示了其宽工作温度区间和高稳定性等独特优势，为将来实现1 THz以上频率氮化铌超导混频技术的应用(特别是空间及大规模系统)打下重要基础。