随着无线通信技术的快速发展,5G通信的不断演进,通信终端设备微型化、高度集成化、高性能化发展的趋势愈发明显。滤波器作为射频前端系统中必不可少的重要部件,起到选频滤波的作用,其性能的好坏直接决定了系统通信质量的优劣。随着无线通信频段进入微波毫米波领域,已经超出目前主流的声波滤波器的工作频率范围,且随着通信终端设备对各功能模块集成度要求的不断提高,亟待一种高集成度毫米波滤波器技术以满足无线通信系统需求。半导体片上集成滤波器由于其工作频率范围广、易于集成、成本低廉等特点作为声波滤波器的替代技术之一,其微型化和高性能化是研究学者关注的重点方向,因此研究高性能的片上集成射频滤波器是推进下一代无线通信系统发展的重点工作之一。本文基于传统传输线理论,分析了纯左手特性传输线的等效电路及其特有的电磁现象。在此基础上,对复合左右手传输线进行理论研究,根据其等效电路分析复合左右手传输线的电磁传播特性以及在射频微波无源器件中的应用。基于复合左右手传输线结构,分别采用印制电路板(PCB)工艺和半导体砷化镓(Ga As)工艺在实践中论证了复合左右手结构应用在射频滤波器设计中的先进性。本文的主要工作和创新点包括以下几个方面:1、基于传统矩形叉指电容结构,提出了一种改进的锯齿形的叉指电容结构,通过对叉指电容计算公式的分析与改进,说明了该结构在相同尺寸下拥有更大的容值。将其应用在复合左右手结构中,由于叉指电容容值的增大,降低了谐振频率,减小了谐振器的尺寸。2、基于改进型的叉指电容结构,结合复合左右手结构和基片集成波导结构,兼顾了两者小尺寸、低损耗、易集成等特点,设计了一款应用于Sub 6G频率的PCB板级带通滤波器,中心频率在3.5GHz,插入损耗为1.4d B,回波损耗小于-15d B,滤波器尺寸为10mm×7.4mm。3、基于半导体Ga As工艺,面向5G通信毫米波频段应用,采用复合左右手结构设计了一款片上集成带通滤波器。对复合左右手结构中左手特性的叉指电容和接地电感分别进行了研究设计,基于耦合效应与寄生效应形成传输零点,增强了阻带的抑制度,分析了其等效电路和关键结构参数,优化设计了便于测试的GSG焊盘(PAD)并对其所引起的匹配问题进行了改善。本设计滤波器工作频率覆盖5G毫米波频段24.25GHz-27.5GHz,插入损耗仅为1.9d B,回波损耗小于-25d B,尺寸仅为0.62mm×0.51mm(含PAD)。综上所述,本文面向不断演进的5G通信系统需求,针对5G通信毫米波滤波器应用,研究并设计了一款5G通信毫米波频段(24.25GHz-27.5GHz)的片上集成滤波器,插入损耗仅为1.9d B,回波损耗小于-25d B,尺寸仅为0.62mm×0.51mm(含PAD),符合目前通信终端设备微型化、高度集成化、高性能化的发展趋势,对推动5G通信技术发展具有重要的科研价值和工程实践意义。