太赫兹源和探测器是太赫兹技术能否付诸实际应用的关键器件,而高效、稳定、可靠的微型化太赫兹源则是太赫兹雷达和通信、太赫兹诊断和成像技术以及太赫兹时域光谱技术能否投入实际应用的决定性因素。如何才能有效地产生出大功率、高效率且能在室温下稳定运行的、宽带可调的太赫兹辐射源,已经成为现代应用物理迫切需要解决的问题。而开发新型材料已成为近年来研究太赫兹波辐射与探测领域的一个重要途径,但是,与之相伴的许多基本理论问题亟待解决。鉴于碳纳米管具有独特的结构以及优良的电学特性,本文针对碳纳米管这一新型纳米材料开展太赫兹波天线的辐射和散射理论研究,以为开展新型太赫兹辐射和探测技术研究提供理论指导。首先,本文利用紧束缚近似方法获得扶手椅型和锯齿型碳纳米管的电子能级结构后,从电子的能级色散关系中证实了不同手性矢量纳米管的导电性能。利用实验中得到的低维系统中电子和声子的相互作用与电子跃迁的选择性相结合说明了碳纳米管辐射太赫兹波的可行性,并通过数值仿真验证。其次,基于传输线的等效思想研究碳纳米管的等效分布参数。在等效分布参数提取中充分考虑碳纳米管的量子化导电通道,并由电子自旋方向的不同决定了碳纳米管有4个导电通道。在等效电阻分析中,除了碳纳米管的量子电阻外,本文提出了碳纳米管的长度以及所加偏压对分布电阻的影响。在分布电容和电感的分析中,建立了由量子效应决定的量子电容和动态电感。由锯齿型纳米管计算得出碳纳米管的静态电容和量子电容都不可忽略。但是计算得到的动态电感比磁性电感高3个数量级,因此碳纳米管等效电感中以量子动态电感为主。第三,本文在等效分布参数的基础上建立了碳纳米管天线模型。通过该模型验证了碳纳米管天线的波速比普通金属天线的波速慢,表现出等离子共振特性,计算得到的波速在0.004-0.02c范围内。通过矩量法计算了碳纳米管天线在不同谐振频率下的表面电流分布和辐射效率。表面电流分布形式与普通偶极天线电流分布一致,这主要取决于天线的结构特点。但是辐射效率远远低于普通金属偶极天线效率,在太赫兹谐振频率附近,效率在10-3量级,这是由碳纳米管的半径太小造成的。鉴于单壁碳纳米管天线在太赫兹波段的辐射效率低以及回波损耗小等特点,提出了碳纳米管束天线模型,同样利用矩量法分析了不同碳纳米管束天线的传播特性、电流分布以及辐射特性。所得结果证实了其回波损耗比单壁碳纳米管天线的高出2个数量级,而且辐射效率明显提高。最后,本文利用等效边界条件和量子电导函数建立了碳纳米管散射模型,并且利用模技术中贝塞尔和汉克尔函数研究了太赫兹波入射碳纳米管的散射特性,同时研究了线电流源激发下碳纳米管的散射场、表面电流分布以及远场散射宽度。分析了不同频率、碳纳米管半径以及不同极化情况下碳纳米管的散射规律。理论计算结果与文献中报道的实验结果相吻合,证实了理论模型的正确性和实用性。本文的研究成果综合发展了太赫兹波段碳纳米管天线的相关理论分析方法,在拓宽碳纳米管应用领域的同时更为深刻地展示了碳纳米管独特的电磁特性。这些结果对太赫兹科学与技术的发展具有重要的指导意义。