随着无线通信技术的快速发展,通信系统中的射频前端电路的小型化、集成化、高性能的要求越来越高。将射频前端电路中的天线和滤波器一体化设计成滤波天线,集成实现滤波和辐射功能,满足了系统小型化和集成化的要求。随着通信频段和通信业务越来越多,单频段滤波天线已经无法满足需求,因此研究多频段滤波天线具有十分重要的意义。论文基于滤波器耦合理论系统地研究了滤波天线的小型化、多频化和增益提高的方法,并由此得到双频段滤波天线综合设计理论。主要工作和创新点有:(1)基于对偶复合左右手传输线,提出一种紧凑的螺旋型对偶复合左右手谐振器。通过分析谐振器的传输特性,建立等效电路模型,得到谐振器左/右手频率与其结构参数的关系。然后利用这种谐振器设计了小型化、低损耗的单/双通带的带通滤波器。在此基础上,实现了一款中心频率独立可控的小型双频段滤波天线。将该双频段滤波天线应用多业务移动通信系统中可以提高系统的邻频抗干扰能力,从而提升频谱利用率。(2)基于阶梯阻抗谐振器和环形枝节加载谐振器,提出一款双频段和一款三频段滤波天线。首先,基于耦合谐振滤波器,提出一种双频段滤波天线的耦合拓扑结构,通过分析阶梯阻抗谐振器和Z形单极子双频天线的谐振特性,提取谐振器之间及谐振器与天线的耦合系数,实现了频率独立可控和带宽拓展的双频段滤波天线。然后,通过在馈线端引入交叉耦合,分别在滤波天线的两个频段边缘各产生了一个辐射零点,改善了双频段滤波天线边带选择性。最后,基于一种新型的三频贴片天线和环形枝节加载三模谐振器,提出了应用于的Wi-Fi(2.45GHz)和5G通信(3.5/4.9GHz)的小型三频段滤波天线。(3)基于复合谐振器,提出一种双频段滤波天线综合设计方法。从基于复合谐振器的双通带带通滤波器结构出发,用双频贴片天线替代双通带带通滤波器的最后一阶谐振器,建立双频段滤波天线的等效电路模型,简化设计过程。最后,基于这一综合方法,设计了一种应用于5G通信(3.45/4.9GHz)的小型双频段滤波天线。由于复合谐振器的特性,在滤波天线的带外得到了两个辐射零点,证明了所提出的方法的优越性和正确性。