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微波滤波器是通信系统的核心器件,其特性的优劣程度对整个系统性能起着举足轻重的作用,其研究热点是小型化、高选择性、零点位置可控、低成本为主流的滤波器技术和结构,盒型拓扑结构平面微波滤波器是其重要的研究方向。本文首次提出了对角耦合盒型拓扑结构(阶数≥4)及理论分析方法,提出了对角交叉耦合单模、单双模、双层双模、三模容性加载型四类盒型拓扑结构平面微波滤波器分析方法。研制完成了以上四类滤波器的优化设计、平面电路加工和制作、测试与调试,验证了本文提出的拓扑结构、分析方法及四类盒型滤波器设计的准确性。从而突破了微波滤波器的小型化、高选择性、零点位置可控和低成本等关键技术难题,创建了基于基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)和微带型等对角耦合盒型拓扑结构平面微波滤波器的理论分析方法及应用能力。本文主要研究内容及创新点如下:1.提出了对角耦合盒型拓扑结构(阶数≥4)及理论分析方法。基于特征多项式函数零极点优化方法,给出了N+2阶线性频变耦合矩阵综合方法;研究了混合电磁耦合分析方法,修正了基于该方法的有限传输零点(Finite Transmission Zeros,FTZs)位置计算公式,研究了基于微带和SIW结构的频变耦合实现方法,首次给出了一种可实现正负斜率的频变耦合结构;研究了基于非谐振模式的旁路耦合特性,首次给出了一种提取双模谐振器中旁路耦合的等效耦合系数的方法;在对角耦合盒型拓扑结构(阶数≤3)的平面微波滤波器的研究基础上,给出了对角耦合盒型拓扑结构(阶数≥4)及其理论分析方法,形成了对角耦合盒型拓扑结构平面微波滤波器的分析方法及理论体系。2.提出了单模对角耦合盒型拓扑结构平面微波滤波器分析方法。研究了SIW谐振器中前9个模式的谐振频率与不同宽长比之间的关系,给出了基于旁路耦合/磁耦合/频变耦合为对角耦合路径的单模四阶盒型拓扑结构SIW滤波器及其分析方法;研究了等腰直角三角形贴片谐振器特性,给出了一种直角端短路的谐振器及单模对角耦合四阶盒型拓扑结构微带滤波器及其分析方法。3.提出了单双模对角耦合盒型拓扑结构平面微波滤波器分析方法。分别研究了单腔双模、双腔单模和单腔双模组合的滤波器等效拓扑结构。研究了双模方形SIW谐振器特性,给出了双腔单模和单腔双模组合型的旁路对角耦合盒型拓扑结构(4≤阶数≤5)SIW滤波器及其分析方法,给出了磁路和旁路组合的对角耦合四阶盒型拓扑结构滤波器及其分析方法;研究了双模微带方形环谐振器特性,给出了双模方形环滤波器的新型馈电方法及结构,给出了多腔单模和单腔双模组合型对角耦合路径盒型拓扑结构(3≤阶数≤5)微带滤波器及其分析方法。4.提出了双层双模对角耦合双拓展盒型拓扑结构平面微波滤波器分析方法。研究了双腔双模滤波器的两种等效拓扑结构和相互关系以及输入输出馈电方法,给出了对角耦合双拓展盒型拓扑结构(阶数=4)和同层馈电的方法。给出了双层双模对角耦合SIW滤波器及其分析方法;研究了容性枝节加载的双模微带方形环谐振器特性,给出了双层双模对角耦合非平衡/平衡的单通带/双通带微带滤波器及其分析方法。5.提出了三模容性加载型对角耦合盒型拓扑结构平面微波滤波器分析方法。分别研究了容性贴片加载方形、圆形SIW和微带贴片谐振器特性,给出了6种具有谐振频率可控的新型三模平面谐振器和滤波器及分析方法,突破了三模SIW和微带贴片滤波器实现近似椭圆频率响应的技术难题。本文提出的单双模组合、双层双模、三模容性加载型谐振器技术实现了滤波器的小型化;提出的对角耦合盒型拓扑结构(阶数≥4)增加了FTZs数量,进而实现了滤波器的高选择性;提出的盒型耦合拓扑结构滤波器实现了零点位置可控;通过高自由度的单、双层物理拓扑结构实现了低成本。提出的对角耦合盒型拓扑结构、滤波器和分析方法均通过了仿真和实验验证了其有效性。