无线通信技术的快速进步与广泛应用,已经渗透到人们生活的方方面面,其对人们的生活方式产生影响并带来了巨大的便利。然而无线通信的发展势必会带来频谱资源日益紧张,电磁环境日益复杂等问题。微波滤波器与多工器作为通信系统中不可替代的选频器件,在抑制相邻信道之间的干扰、降低噪声系数等方面发挥着巨大作用,其性能的优劣将直接影响着整个通信系统的质量。为了实现通信链路中信号更好的传输,对微波毫米波电路与器件提出一系列更加苛刻的要求。因此,滤波器与多工器的研究理论及设计方法一直受到广泛关注并持续发展。微波滤波器与多工器的研究多是围绕着性能的提升与结构的小型化的思路展开。性能的提升通常指的是滤波器的插入损耗降低,通带选择性提高以及多工器通道之间的隔离度的提高等,实现的方法大多是提高谐振器的无载品质因数,引入有限频率传输零点;而结构的小型化则通常是构建或加载特殊结构实现谐振模式频率的降低,或引入多模的思想来实现。本文旨在基于微波滤波器与多工器设计理论,探索实现其性能提升与结构小型化的研究机理与设计方法,为无线通信系统中滤波器与多工器的设计提供新的思路和解决方案。本文的工作主要体现在以下几个方面:1.为了提高传统悬置带线谐振器的无载品质因数,提出了一种新型谐振器结构即采用双层导带结构并在其开路端加载金属化通孔,实现介质基板中电场分布的最小化,从而降低介电损耗而实现谐振器品质因数的提高,基于该谐振器设计了两款六阶交叉耦合滤波器,并进一步地给出双工器的设计案例。接下来以该谐振器为基础,提出了一种在阶梯阻抗谐振器开路端附近加载金属脊的方式实现谐振器结构的小型化,并从等效电路的角度讨论谐振器无载品质因数与谐振频率及结构尺寸的关系,为实现悬置带线谐振器结构小型化同时保持较高无载品质因数提供设计思路。2.针对某些拓扑结构限制场合,如折叠交叉耦合拓扑形式无法物理实现的场景,需要采用直线型耦合形式,而同时需要实现伪椭圆函数频率响应,因此对混合电磁耦合理论进行了深入的研究,并基于并联耦合谐振电路理论,推导了电耦合系数和磁耦合系数计算的一般公式,对混合电磁耦合滤波器的研究与实现具有一定借鉴意义。同时采用基片集成悬置带线新型传输线结构,通过一款具有可控传输零点的滤波器工程实例给出混合电磁耦合滤波器的系统设计步骤。3.为了获得更宽的阻带带宽同时实现滤波器结构的小型化,基于多模谐振的思想提出了一种基于缝隙加载的扇形半模基片集成波导谐振器。首先对扇形半模基片集成波导谐振器引入进行了介绍,并通过电场电流分布分析研究其谐振特性,然后对缝隙加载尺寸及位置进行参数分析,得到电参数与结构参数的对应关系。同时给出不同阶数滤波器的设计方法并进行加工验证。由于缝隙结构的加载,某些高次模电流分布被改变,实现了谐振器的小型化,同时滤波器具有较宽的阻带带宽。通过理论分析和实验验证,该缝隙加载的基片集成波导滤波器可以很容易地推广到更高阶滤波器,且不会显著增加额外电路的复杂性和尺寸,使其在学术和工业领域均具有较大的吸引力。4.对于直线型拓扑结构应用场景,采用混合电磁耦合思想可以实现伪椭圆函数频率响应。在某些不易构建混合电磁耦合的场景,通过引入非谐振模式构建特殊耦合机制同样可以实现伪椭圆函数频率响应。因此对非谐振模式理论进行了深入的研究,分析了非谐振模式对传输零点的引入和影响机理并进行拓扑等效。最终,采用正交级联分布于消逝模波导的介质谐振器设计一款零点可控的三阶滤波器,并对其中非谐振模式的引入以及作用机理详细地进行了分析,设计思路具有一定的指导意义。5.研究多模谐振器多工器的设计实现方法,相比于传统星点式多工器无需引入公共的匹配电路部分,同时多模谐振器中的不同模式相互独立,使得多模谐振器多工器的输出具有良好的隔离特性。基于多模谐振器的多工器可以实现结构的小型化且随各通道级数的增大而优势更加明显,同时摆脱了冗余的匹配电路结构降低了设计的复杂度。基于该思想,采用基片集成波导与介质谐振器形式分别实现三模谐振器三工器的设计,为多模谐振器应用于多工器设计提供了可行性验证,具有一定的指导意义。