自上世纪九十年代以来,三维毫米波系统级封装越来越受到学者和工业界的关注。三维毫米波系统级封装具备多功能、小型化、低成本等特点,是目前备受国际关注的主流技术之一。滤波器作为毫米波系统中重要的无源器件,提高其自封装效果对于进一步提升系统的集成度和工作性能极有帮助。折叠SIW、四分之一模SIW具有小型化、低损耗等优点,易于设计自封装器件应用于三维毫米波系统级封装。本文基于低剖面、低损耗、易于集成的SIW谐振器,提出了多款具有自封装效果的封装滤波器结构,并且以苯丙环丁烯(BCB)为介质利用MEMS工艺加工验证。同时在研发封装滤波器过程中提出了一些通用的设计方法。本论文的主要工作和创新点可归纳如下:(1)根据消逝模模波导滤波器理论,以折叠SIW谐振器为主体,设计了一个Ka波段的封装滤波器,通过在开路边旁路加载带状线枝节实现了多个传输零点。文中给出了滤波器的等效电路模型,验证了该传输零点设计理论并用于指导滤波器设计。通过单独调节每个加载的开路枝节长度实现了N个独立可调的传输零点,并且依靠简单的配套参数保证调节传输零点的过程中滤波器带内驻波水平不变。(2)提出了一种可以在经典切比雪夫滤波器基础上增加多个传输零点的通用方法,传输零点通过在原滤波器输入输出口端接一小段移相线和耦合线实现,无需改变原滤波器结构。文中应用解析方法进行了严格推导,给出了设计指南并将该方法应用于四分之一模SIW滤波器的设计,在四阶滤波器中实现了四个传输零点频率的精确设计。外接的传输线同时还作为SIW与50Ω端口的阻抗匹配器,一举两得,节省了空间。同时,通过合理选择四分之一模SIW谐振器的输入和输出馈点,使所需抑制的高次模在馈点处电场分布为零而无法被激励,并且令级联的两级谐振器某些高次模谐振频率错开,实现了高达3.6倍频的模式抑制,解决了SIW谐振器高次模与通带距离过近的问题。最终,设计制作了一款含四个传输零点的宽阻带封装带通滤波器。该封装滤波器在30GHz处的实测插入损耗为2.85dB,高次模抑制达到110 GHz,与仿真结果基本吻合。将所提出的封装滤波器与其他SIW滤波器进行比较,结果表明该滤波器具有结构紧凑和宽阻带抑制的优点。制作过程中研发了使用光刻胶BCB作为介质制造滤波器的多层工艺。BCB是适合用于毫米波互联、封装的低损耗材料,所开发的滤波器加工工艺与MEMS封装工艺兼容,有助于封装滤波器与其它有源器件的进一步三维集成。(3)设计了一个新颖的四分之一模SIW带陷封装滤波器。陷波频率在36GHz处,陷波的频率可以通过一些指定的物理参数控制。通过合理选择级间耦合的位置可以抑制某些高次模式,最终实现80GHz的宽阻带带外抑制。同时,通过源-负载耦合引入了四个传输零点来提高带外抑制性能。封装滤波器的实测插损在低频通带32.5GHz处为2.7dB,在高频通带40GHz处为3.43dB,与仿真结果相当吻合。(4)基于四分之一模SIW谐振器的模式分布,通过改进谐振器结构,得到了一个新颖的单腔五模谐振器,并以此设计了一个W波段的单腔五模封装滤波器。所提出的五模谐振器每个模式的频率单独可调,具有方便实现宽带SIW滤波器的潜力。此外,所设计的器件面积较小。为了提高滤波器的带外抑制性能,还额外设计了四个带外传输零点,最后该封装滤波器应用BCB作为介质加工出来。制作研发过程中研发了一套与前面不同的BCB加工工艺流程,该工艺基于干法刻蚀多层BCB实现厚膜BCB开孔,该工艺制作的滤波器同样很适合与其它有源器件互联和三维集成。实测插损结果在89GHz为1.97dB,与仿真结果较为吻合。鉴于实验样品采用的是低损耗的材料和高精度的加工工艺,结合其在W波段的良好实测结果,可以预测这类封装SIW滤波器在高频尤其是亚毫米-太赫兹频段极具应用潜力。(5)设计五模滤波器的同时给出了一个适用于多模谐振器的等波纹滤波器设计方法。大多数多模谐振器与外部能量耦合时很难做到每个模式的外部Q值单独控制,几乎不可能完美模拟综合得到的耦合矩阵值,因此多模滤波器综合设计的相关报导较少。本文介绍了当多模谐振器每个模式的外部Q值存在关联无法单独调控时,等波纹滤波器的实现方法。该方法的推导基于基础的耦合矩阵理论,具有一定的普适性,可以提高多模滤波器的可设计性。只是,该方法的应用前提是多模谐振器每个模式的频率可单独调节。