电磁超材料(Metamaterials)是近来新兴的一个领域,是一种具备自然物质所不具有的超常电磁性能的人工合成周期结构。借助于这种电磁超材料,可以控制电磁波在介质中的传播方向,这在微波系统和电路应用中占有非常重要的作用。目前来说,随着信息革命的发展,信息量越来越膨胀,通信技术应用越来越多,使得对应频谱需求急剧增长,从而电磁环境日益复杂。作为雷达、通信等系统中的关键器件,微波滤波器能有效排除干扰信号,获得特定的频率信号,其自身滤波性能的不同会对整个通信系统产生影响。通过将超材料这种具备特殊性质的人工合成材料,经过对其结构、参数、材料等的设计,便可以获得滤波性能优良的微波滤波器。本学位论文面向微波器件对高性能滤波器的实际需求,开展了基于超材料的带阻滤波器的优化设计,获得了两款具有优异性能的超材料带阻滤波器。本文的具体工作如下:(1)深入探讨了电磁超材料和微波滤波器的相关理论,通过提取开口谐振环及矩形单元结构的等效电路模型,对超材料结构的工作原理进行了分析;对微波滤波器的工作机理以及性能指标进行了研究,分析讨论了由单层和多层电磁超材料构成微波滤波器的性能,为后续设计可调和带宽微波滤波器奠定了理论基础。(2)选择纸张作为超材料基体材料,基于开口谐振环理论分析,设计了一款纸基超材料带阻滤波器,通过改变开口谐振环的开口方向,实现了滤波频点可调。最后,基于纸张的柔性特点和超材料多层叠加分析理论,通过折叠该结构,获得了一款宽带微波带阻滤波器,通过实验测试和电磁仿真共同验证了该结论。(3)在X波段设计了一款基于三维纸基超材料的微波带阻滤波器。在11 GHz处获得了优异的带阻滤波特性,且与传统印刷电路板制得的三维超材料相比,由于纸张内部纤维搭接而具备一定强度,因此其力学性能优良,在7 MPa压力下结构也没有发生变形断裂。同时其制备工艺也为复杂三维结构的制备提出了一种全新的思路,有更大的应用空间。综上所述,本文在纸基超材料的基础上,通过实验测试和电磁仿真模拟,不断优化结构,最终获得了基于纸基超材料的可调微波带阻滤波器和具有一定承载能力的宽带滤波器,对于电磁超材料在微波滤波器中的设计及应用中具备一定的研究价值。