随着无线通信系统向着大容量、高速率、小型化与集成化方向发展,微波无源器件的设计对系统性能的整体提升起着至关重要的作用。微波滤波器作为通信系统中的关键器件之一,在面临新的挑战与应用时,需要提出更加先进的综合方法来指导其设计,这不仅可以实现电路设计、调试的智能化与自动化,并且其综合方法作为描述电路参数的数学模型,对其它相关电路器件设计都有极大的参考价值。此外,为了满足无线通信系统日益增长的宽频带需求,宽带器件综合设计也一直都是本领域研究热点问题之一。本文以现代无线通信技术发展为背景,以宽带无源器件的综合方法与设计为研究主线,针对滤波器、滤波功分器、移相器、交叉结的宽带电路综合问题展开了系统性的理论研究与实验验证。本论文的研究工作如下:1.研究了滤波器的数值迭代综合方法。与广义切比雪夫函数综合方法相比,数值方法自由度高,可以自定义归一化通带与每个回波的波瓣值。论文提出了基于数值迭代纹波可控的双通带以及多通带滤波器综合方法,解决了频率映射方法中,公式复杂以及通带阶数必须一致,传输零点个数对称等诸多问题与限制。在数值迭代综合的基础上,基于归一化功率波理论,进一步提出了一般化复阻抗滤波器的直接综合法与耦合矩阵修正法,并且将该方法应用到双通带复阻抗滤波器综合中。此外,根据复阻抗滤波器输入/输出端的耦合,推导了四种典型的电路结构,并给出了相应元件值的计算方法,构建了复阻抗滤波器的集总参数电路。2.研究了宽带带通滤波器的综合方法。基于实频域下的数值迭代技术,提出了一种宽带滤波器的综合与设计方法。在横向拓扑结构下,采用所提出的综合方法,提取了宽带滤波器的电耦合、磁耦合以及混合电磁耦合的频变网络矩阵。解决了传统耦合矩阵与频率无关,仅适用于窄带应用的局限性。针对具有交叉耦合的网络矩阵,通过矩阵变换,在主耦合上引入混合电磁耦合来消除交叉耦合,降低了滤波器拓扑的复杂性。为了实现宽带滤波器,基于宽带集总参数电路,论文给出了分布式电路实现的方法,并成功设计了具有传输零点的宽带带通滤波器,验证了综合方法的正确性与可实现性。3.研究了滤波功分器的综合与设计方法。根据滤波器的二端口耦合矩阵构造了滤波功分器的多端口耦合矩阵,分析了滤波功分器的拓扑结构与隔离电阻的端接方式。根据多端口耦合矩阵,提出了基于交替J/K变换器的λ/4与3λ/4耦合谐振式滤波功分器设计,验证了综合理论。针对宽带应用方面,进一步将耦合线结构嵌入到威尔金森拓扑中,提出了基于嵌入式耦合线宽带滤波功分器的设计。通过在输入端口加载开路枝节来缩减尺寸,并产生高频传输零点来提高阻带抑制。为了获得更紧凑的结构,本文采用三线耦合结构替代威尔金森拓扑中的T型结,提出了基于三线耦合线结构的宽带滤波功分器设计。为了能够更加直观、简易的分析所提出的功分器,论文首次提出了三线耦合结构的三端口等效电路,解决了传统奇偶模理论无法准确描述三线耦合结构的电气特性的问题。此外,结合所提出的三线耦合结构等效电路,将滤波器特征函数的概念引入到滤波功分器中,有效综合了宽带滤波功分器的所有电路参数,并给出实物设计予以验证。4.研究了基于多级短路枝节加载的宽带移相器。推导了二阶与三阶移相器的移相量与阻抗参数之间的关系,讨论了不同参数对相移量的影响。提出了N阶短路枝节加载移相器的一般化设计公式,该公式直观的反映了相移量与阻抗参数之间的关系,根据公式可以精准快速的设计该类型的移相器。所设计的移相器可以实现宽角度范围,宽频带的移相。5.研究了平面宽带集总交叉结的综合设计方法。提出了基于窗型结构的宽带集总交叉结,利用奇偶模理论分析了四端口交叉结的电气特性,并得到了每个元件的实现形式与元件值。为了进一步提高匹配带宽与隔离带宽,在每个端口处加载了并联谐振器。分析讨论了相邻端口间传输零点的控制特性,以及电路参数对传输性能影响,最后给出了实际的设计予以验证。所提出的宽带集总交叉结与分布式电路相比具有超紧凑的电路尺寸;与集总式电路相比,其工作带宽提高了132%。