随着无线通信频段的使用越来越密集,频谱资源的利用率变得越来越高,但是,频段之间的相互干扰也变得越来越严重。滤波器作为频谱资源分配的硬件门禁,将有效解决频谱资源利用的有效性与频段相互干扰之间的矛盾问题;同时,提高滤波器的性能指标、减小滤波器的物理尺寸,一直都是微波电路与系统领域研究的热点课题。本文以研究交叉耦合、电磁混合耦合等耦合理论作为切入点,对平面微带结构超宽带、窄带、多通带滤波器传输零点的设计理论及带外抑制性能的提高等问题,展开了系统的研究。本文的主要研究工作如下:1.为提高超宽带滤波器边带抑制能力,给出了平面微波超宽带滤波器耦合理论分析及传输零点设计方法。首先,在超宽带带通滤波器中,采用奇偶模分析法和多枝节物理参数分析法,分析了通带内传输极点和通带外传输零点的产生原理和位置控制理论,并构造多个传输零点来实现优良带外抑制特性的超宽带带通滤波器。其次,在低通滤波器中,提出级联多个交叉耦合LC谐振单元来引入多个传输零点的新方法,再通过调整传输零点位置,使其分布在低通滤波器的带外远端特定频点,从而获得低通滤波器的超宽阻带特性。2.为降低交叉耦合结构滤波器传输零点设计及调试的复杂性,在传统CQ交叉耦合结构的基础上构造新型滤波器拓扑结构,实现多对传输零点的位置调整与控制。通过在CQ单元之间引入微扰单元来实现多对传输零点频率位置协同控制;该方法可以实现对称物理结构滤波器重叠传输零点的分离及调整,使得对称物理结构滤波器可以实现非对称结构的频率响应,从而降低设计难度、提高设计效率。最后,完成对称型和非对称型八阶CQ结构滤波器的实物设计、制作与测试,验证了理论方法的有效性。3.为提高双模双通带滤波器边带抑制能力,提出将混合电磁耦合和交叉耦合联合应用于引入双模双通道滤波器传输零点的方法。首先,设计多曲折小型化多模谐振器,分析在电磁混合耦合或交叉耦合不同情况下谐振器间的耦合特性,将两种耦合分别应用于两个通带的多对传输零点引入。然后,分析混合电磁耦合型和交叉耦合型传输零点频率位置控制的原理方法。最终,完成具有优良带外抑制特性的多传输零点双模双通带滤波器设计。4.为降低多传输零点带通滤波器的设计复杂度,提出了一种新型无交叉耦合结构成对引入有限频率传输零点的滤波器设计方法。首先,通过在滤波器输入输出端加载由两个互耦谐振器组成的二阶能量吸收单元(EPU),从而设计了一种无交叉耦合成对引入传输零点的拓扑结构。其次,在谐振器之间无任何交叉耦合的情况下,新型拓扑结构滤波器可以产生偶数个有限频率的传输零点;并且,通过调整EPU单元中谐振器的谐振频率或它们之间的耦合强度,可以实现虚轴上有限频率传输零点位置的任意分布。最后,完成一个无交叉耦合、具有两对传输零点的八阶准椭圆函数滤波器实物的设计、制作和测试。5.提出一种扩展型cul-de-sac结构成对引入有限频率传输零点的滤波器综合与设计方法。首先,提出单个闭环四角元件cul-de-sac结构的滤波器单元,在该闭环四角元件的不同对角上成对地级联谐振器,可以成对地引入传输零点和传输极点;采用该方法分别完成单对传输零点和两对传输零点的七阶cul-de-sac结构滤波器设计;进而,归纳总结出,在单个闭环四角元件cul-de-sac结构的不同支路上级联谐振器时,滤波器引入传输零点/极点的特性。最后,提出采用两个闭环四角元件设计cul-de-sac结构滤波器的方法:每个闭环四角元件可以单独引入一对传输零点、并且可以实现传输零点位置的单独控制,从而为多对传输零点滤波器的设计提供一种新的思路。