伴随着人们对无线通信设备的要求越来越高，微波通信得以迅猛发展。便携式、小型化、抗干扰能力强等功能逐渐成为无线通信设备和终端的发展要求。作为射频前端不可或缺的一部分，滤波器和天线性能具有至关重要的作用。如何更好地缩减器件整体尺寸，控制通带带宽，调节高次谐波，抑制阻带，提高选频特性等各项指标始终是微波工作者所不断追求的目标。开环谐振器(SRR)因实现了左手材料特性而逐渐引起微波界的关注，并因其具有亚波长谐振和高品质因数的特性而成为研究热点。本文主要对开环谐振器进行了深入和广泛地应用研究。利用开环谐振器及其创新结构，结合阶跃阻抗变换、源与负载耦合、交叉耦合、零度角馈电，凋落波放大等技术，提出了多种具有新颖特性的谐振器和耦合结构，并应用在多种高性能滤波器和天线的设计中。本论文的创新性工作及成果主要包括以下几个方面：1、提出了一种新颖的阶跃阻抗开环谐振器(SIR-SRR)结构，这种结构是将开环谐振器与阶跃阻抗谐振器相互结合而构成，从而使得这种组合谐振器结构既继承了SIR的谐波可调谐优势，又具备SRR亚波长谐振的小型化特点。本文将该结构应用于交叉耦合滤波器的设计，采用这种复合结构设计的带通滤器具有小型化的特点，并表现出谐振波可抑制的特性；在此类滤波器结构基础上，通过内环谐振器上加载金属过孔，进一步设计出了具备小型化与高选择性的双频带通滤波器。2、提出了一类新型多模带通滤波器。这类滤波器采用短路分支线加载SIR结构，并结合了源与负载耦合技术，从而克服开路分支线加载SIR相对面积较大的缺点。此外，通带内被激励的多个模式表现出可以独立调谐的优越特性；采用由SIR直接折叠成的开环谐振器结构，设计出了一种仍具有高选择性的双模双频带通滤波器。3、提出一类交指电容加载的开环谐振器(CLSRR)结构，该类结构能显著地缩减滤波器整体尺寸、增大带宽，并极大地增加设计自由度。本文利用该类结构设计多款多通带带通滤波器，它们具有尺寸小、结构紧凑、低损耗，同时每个通带两侧都有一对紧靠的传输零点，具有高择性。此外，由于CLSRR结构与SRR结构组合可以构成不同的耦合方式，多个单元的这种组合结构能够实现多路通带特性。本文基于这种复合结构设计了一种结构紧凑的微带双工器，它可以在两条不同路径上分别产生不同的通带，且具有非常小的尺寸。4、将二阶互补开环谐振器(CSRR的高阶形式)作为陷波结构应用于超宽带系统，研制了几类陷波超宽带器件(天线和滤波器)。与传统的陷波超宽带器件相比，这类器件的陷波区域具有陡峭过渡带，从而提高了超宽带系统的抗干扰能力。5、将所提出的高阶互补开环器结构(CSR)与基片集成波导(SIW)相结合，设计几款小型化带通滤波器并对其进行分析。与普通CSRR和SIW组合的滤波器相比，高阶结构和SIW组合所构成的滤波器在SIW截止区域内产生了更低频率的通带，极大拓展了互补开环谐振器这类结构在SIW上设计双频多频窄带滤波器的自由度。6、采用二阶互补开环谐振器（CSR2）结构，通过同轴单点馈电，在普通微带贴片上，实现了一款极化方向不同的双频双圆极化天线。