在现今的多频和多标准移动无线系统中，收发机大多是通过并行集成多个单频或单标准工作的射频前端和共享部分模拟基带处理电路实现，还需多个宽带天线和额外的切换开关。随着工作频段和标准的增加，传统的多频和多标准收发机中的片上硅面积和片外无源器件数目增加，导致系统尺寸变大、设计成本增加、系统功耗增加和电池使用寿命变短等问题。为应对多频通信系统设计带来的挑战：尺寸小、成本低、功耗低，学术界和工业界已在多频系统方面和单体多频器件方面提出了各种创新。耦合器和功率分配器作为微波通信系统中最基本的无源器件，两者广泛应用于平衡放大器、混频器以及天线阵列的馈电网络等微波电路。为解决上文所述问题，本论文致力于建立多频耦合器和功分器的设计理论，提出新颖的设计思路，并创造出新型多功能耦合器和功分器结构。本课题由国家自然科学基金(广东联合基金)重点项目(U0635004)“小型平面超宽带天线与射频元件资助”。论文的主要创新工作如下：1.本论文提出了含反相器的四端口网络和对称三端口网络耦合理论。该理论首先基于微波网络理论和奇偶模分析方法推导满足互易、端口匹配和隔离条件下的含反相器的四端口网络的端口等效阻抗和对称三端口网络的端口等效导纳，然后提出基于四端口网络端口等效阻抗的多频/宽带0/180°耦合器设计方法和基于三端口网络端口等效导纳的多频/宽带功分器设计方法。该方法将复杂的多频/宽带四端口0/180°耦合器设计问题转化为简单的多频/宽带单端口端口等效阻抗的匹配设计问题，将复杂的多频/宽带三端口功分器设计问题转化为简单的多频/宽带单端口端口等效导纳的匹配设计问题。这些新理论新方法和传统的设计方法相兼容，不但可以解释传统的设计，而且从阻抗匹配的观点出发解释了多频耦合器和功分器的工作机理。最后，提出了两种新颖的三频分支线耦合器和一种新颖的三频Wilkinson功分器结构对该理论进行仿真和实验验证。这部分研究成果已在IEEE Transactions on MicrowaveTheory and Techniques、IEEE Microwave and Wireless Components Letters和Proc.IEEE Int. Antennas Propag. Symp.上发表，已获得一项实用新型专利授权并申请一项发明专利。2.本论文提出和分析了小型化双频E型λ/4阻抗变换器和三频Π型和T型阶梯λ/4阻抗变换器。基于提出的双频E型λ/4阻抗变换器设计了双频分支线耦合器，与传统的设计相比，本论文提出的双频分支线耦合器具有小型化、设计自由度多、可利用频率比范围宽等优势。基于三频阶梯λ/4阻抗变换器，本论文首次提出了三频环形耦合器的设计。这部分研究成果已在Microwave and Optical Technology Letters、华南理工大学学报(自然科学版)和Proc. IEEEAsia Pacific Microwave Conf.上发表，并获2009年全国微波毫米波会议优秀论文提名奖。3.本论文提出了一种适合高功率系统应用的双频/宽带、任意功率比输出的Gysel功分器及其解析设计公式。由于采用了一个反相器，所提出的Gysel功分器具有结构紧凑、带宽宽、匹配和隔离性能优良等特性。为克服传统大功率比输出的功分器设计需要高阻抗线带来的高加工精度和低功率容量问题，本论文提出了一种含均匀阻抗传输线的带宽可控、任意功率比输出的Gysel功分器，其输出功率比由传输线电长度控制而与传输线阻抗无关。此外，本论文证明了含反相器的三端口Gysel功分器和四端口环形耦合器的等效关系，在此基础上，本论文提出了结构紧凑、性能优越、适合微波集成电路应用的微带宽带环形耦合器。这部分研究成果已在IEEETransactions on Microwave Theory and Techniques、 IEEE Transactions onMicrowave Theory and Techniques (Letters)和Journal of Electromagnetic Wavesand Applications上发表.4.本论文创造性地提出利用耦合谐振器设计双频滤波分支线耦合器，该器件集成了功率分配/合成和滤波功能，可同时支持两个频段工作，对于丰富和拓展滤波器和耦合器一体化设计技术具有参考意义。此外，本论文提出了一种新型的全平面双频0-dB耦合器(过桥)及其解析计算公式，该器件具有结构简单、可利用频率比范围宽、带宽宽等特点。这部分研究成果已在IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques和IEEE Microwave and Wireless Components Letters上发表。上述创新点1属于多频耦合器和功分器设计理论的创新；创新点2、3、4属于多频耦合器和功分器结构上的创新，是对创新点1的实践。