高品质因数谐振结构作为一种重要的微波结构,广泛应用于传感器、窄带滤波以及高频调制等领域。利用其超窄的频谱特性,可以实现针对特定材料或元素光谱的探测功能,以及滤除一些普通滤波器难以滤除的高次谐波等功能。然而目前为止,高品质因数结构的设计还存在总体损耗较大、结构尺寸庞大、无法实现电调等问题。本文从行波结构及驻波结构两方面出发,利用不同思路及不同实现形式,结合新原理、新思路及新结构,分别解决现有高品质因数谐振结构所存在的问题。首先,对行波结构及驻波结构如何与耦合模理论相结合展开一系列研究。驻波方面,推导并归纳了一至三个的谐振单元之间的耦合规律,明确了不同耦合条件下所对应的物理模型之间的异同,本部分所提出的一系列模型可以解释后续全部主要设计成果的物理过程。而对于行波方面,本文分析了光子晶体结构禁带及缺陷模出现的原理,以及行波条件下两条传输线之间的耦合效应,为后续设计奠定了理论基础。在基于驻波结构的高品质因数谐振结构设计方面,针对驻波结构损耗较大的问题,本文创新性地提出了一种基于耦合场的Aulter-Townes效应的全介质高品质因数材料结构。首先分析了传统的金属—介质—金属结构以及全介质谐振器的电磁响应特性,初步探究了谐振效应及耦合效应的特性及作用,通过一系列耦合模型,确定了适合激励Aulter-Townes效应的耦合结构。进而利用改变电磁场边界条件,巧妙地将耦合场与Aulter-Townes效应结合在了一起,该结构在保留原有设计优点的同时,利用耦合场大幅降低了介质损耗,为高品质因数谐振结构的设计提供了新的思路。在基于行波结构的高品质因数谐振结构设计方面,针对普通全介质较难实现电调的问题,本文提出了在一维光子晶体结构中加载石墨烯材料的设计思路。利用石墨烯的电磁特性随化学势变化的特点,实现了电控一维光子晶体结构。通过提取石墨烯结构的本构参数,并结合超材料的传输矩阵,本文提出了一种石墨烯传输矩阵的计算方法。利用该方法,推导出加载了特定层数的石墨烯材料的一维光子晶体的频谱特性。通过改变石墨烯的电磁特性及物理特性,深入分析了当石墨烯性质发生改变时,整体结构的红移/蓝移现象,为石墨烯加载结构的红移及蓝移现象的原理分析及定量描述提供了理论依据,并重点分析了当光子晶体结构存在缺陷时,光子晶体结构缺陷模的变化规律。考虑到缺陷模发生时所产生的力学效应,利用Maxwell应力张量面积分,本文还提出了一种基于石墨烯加载的有源太赫兹电磁力发生器的理论模型,借助石墨烯结构的电控特性,实现了大小及频率可变的电控力学效应,并通过数值仿真证实了该思路的有效性。本部分还研究了基于光子晶体缺陷模的行波结构的耦合过程,为行波结构与驻波结构耦合效应的结合奠定研究基础。最后,本文将行波结构与驻波结构的耦合效应所具有的优点结合在了一起,利用光子晶体结构大幅缩小体积,并借助耦合模消除了减小体积之后品质因数降低的弊端,实现了一种小型化高品质反射结构。综上,本文从行波结构及驻波结构两个方面,全面且具体地研究了新型高品质因数谐振结构的设计理论,通过理论建模及数值仿真证明本文所提出的新型结构可以分别解决传统高品质因数谐振结构无法实现电调、损耗大及加工困难的问题,具有结构简单,便于调试优化等优点。并通过实验验证了基于驻波结构的新型谐振结构所具有的高品质因数谐振特性及基于耦合模的Aulter-Townes效应的存在性。本文将基于耦合效应的行波结构与驻波结构所具有的优点结合在一起,实现互补,兼具理论及工程意义。