随着5G时代的到来,为了在有限的空间容纳更多的射频收发通道以覆盖2G/3G/4G/5G频段的应用,通信系统的发展趋于小型化、低功耗和多功能。无源电路尺寸往往受到工作波长、材料、加工工艺、微波环境等多重因素的限制,很难实现小型化、集成化。天线与滤波器是射频系统前端必不可少的无源器件,性能设计尤为重要。滤波器的主要功能是滤除噪声和多余的杂波等,而天线是收发信号的终端器件。一般来说,天线与滤波器是分立工作的,需要匹配电路或器件相连接,这不仅增大了系统损耗、降低了总体效率,几何尺寸也相对较大。为了优化射频前端的整体性能,国内外研究人员提出了滤波天线（filtering antenna/filtenna）的概念及设计,即将二者的功能融合成一个无源器件,同时实现滤波和辐射两种功能。这不仅可以减小系统的几何尺寸,也可以减小插入损耗,提高系统的整体效率。因此,研究高性能的滤波天线很有意义。首先,本论文结合射频系统的需求与发展背景介绍了滤波天线的研究意义,并对滤波天线的国内外研究现状进行了总结,归纳了设计思路,分析了目前存在的问题与技术挑战。其次,为了减小射频前端的尺寸、插损,本论文旨在设计结构紧凑的融合滤波功能的集成天线,分别提出三种新型的滤波天线设计,通过在天线内部植入寄生结构,在保证天线辐射性能的同时,实现了较优的滤波性能。主要研究工作介绍如下:（1）基于辐射抵消的多零点宽带滤波天线研究。本章主要研究引入寄生结构的辐射抵消型滤波方法。通过在天线的馈电探针上加载U型支节与耦合方环,以及在贴片与地板上蚀刻缝隙,分别在天线上、下边带产生两个辐射零点,提高了通带选择性,实现了带外抑制。同时,上述寄生结构还能拓宽天线通带带宽。由于没有添加额外电路,该滤波天线没有引入额外损耗,且没有占用多余空间,实现了紧凑集成、低功耗的滤波天线融合设计。（2）基于模式分析的宽阻带滤波天线研究。本章主要研究基于模式分析的高次模抑制方法,并通过引入简单的寄生结构,实现辐射抵消的宽阻带滤波天线。首先分析了贴片天线长宽比对其辐射模式的影响,调整天线长宽比和馈电位置使高次模式被弱化。进一步,通过在探针上加载U型支节、在贴片上蚀刻开口环型缝隙,分别在天线上、下边带外生成零点,产生带外宽阻带抑制效果,并在通带内引入谐振点,改善通带带宽。相比其他已发表的滤波天线工作,该天线结构简单紧凑,且没有额外电路,在保证天线辐射性能的前提下,实现了高选择性、高抑制,以及具有二倍频程谐波抑制的滤波性能。（3）面向5G应用的毫米波双极化滤波天线阵列。本章研究了基于多谐振耦合馈电结构的高集成度双极化滤波天线和阵列。在L型探针差分馈电的±45°双极化贴片天线基础上,通过在耦合馈电部分植入阻带寄生结构,拓宽了通带带宽,实现了高选择性、宽阻带、高阻带抑制水平的滤波响应。该天线采用LTCC多层封装工艺设计,构建的4×4天线阵列实现了滤波和辐射的集成,获得了具有对称方向图、低交叉极化及高前后比的辐射性能,为5G毫米波基站天线的功能融合设计提供了技术参考。