合路器是用来将多路信号合成一路进行输出的微波器件，广泛应用于现代通信系统中。随着4G通信的到来，有限的频带资源以及信道间越来越窄的隔离带使得通信网络多系统、多制式的现状更加复杂，这就对可实现多网合一的合路器提出了更高的要求，而腔体合路器因为具有高Q值、大功率的特点被广泛应用，因此，研究高性能的腔体合路器是非常有必要的。本文主要研究了腔体合路器的优化设计，而合路器由滤波器单元组成，故对合路器优化设计研究的重点是滤波器单元。因此，文章首先研究了滤波器的基础设计理论，对滤波器的传输函数、低通原型滤波器、频率变换以及阻抗、导纳变换做了详细的介绍，其次对具有任意传输零点的广义Chebyshev滤波器做了深入研究，包括广义Chebyshev多项式及其综合，交叉耦合滤波器电路模型分析和耦合矩阵的综合。文章第三部分针对现代通信系统对滤波器频带灵活调节、易加工、易实现的要求，提出了一种频带可灵活调节的可调腔体带阻滤波器单元。首先研究了该带阻滤波器的结构和特性，其可调结构使带阻滤波器具有一定的灵活性，可应用于不同频段，同时调节装置可以补偿由于加工误差带来的指标恶化，降低了对加工精度的要求，提高了可实现性。此外，使用SIR（阶跃阻抗）结构对谐振器改进，通过控制SIR结构的阻抗比可以精确的控制寄生阻带出现的位置，延长了上边带宽度。最后设计了一个三腔可调腔体带阻滤波器，仿真结果满足指标要求。第四部分在现代合路器对低插损和小体积的要求背景下，提出了一种半集总同轴腔体带通滤波器单元，首先研究了半集总参数的基本理论，其次分析了半集总同轴腔体带通滤波器结构和特性。由于其采用半集总参数设计，可实现低插损要求，且由于同轴腔体结构的特殊性，可以任意进行弯曲，能更好的应用于合路器结构，便于合路器小型化。最后设计了一个6阶半集总同轴腔体带通滤波器，满足了低插损和小型化要求。最后，基于第三部分的新型可调腔体带阻滤波器单元提出了一种带阻-带通结构双路合路器。改进的带阻滤波器具有良好的上边带特性以及很好的带外抑制，且紧凑的结构利于合路器的小型化。带通滤波器单元采用具有高Q值、大功率的同轴腔体结构，给出了合路器设计步骤。最后对合路器进行了加工测试，测试指标满足预设指标，且对合路器做了温度环境测试，可以工作于-25℃~65℃温度范围之内。