滤波器在射频、微波电路中发挥着重要作用。不断出现的无线通讯系统应用对滤波器设计提出了前所未有的挑战:更高的性能指标、更小的尺寸重量、更低的成本已成为新型滤波器必须满足的基本要求。本论文基于交叉耦合谐振器滤波器综合理论,提出了一系列结构紧凑的平面滤波器设计,其具有通带插损低、带外抑制指标高、选择性好、在指定频率位置具有传输零点以及寄生通带远离通带等特性,具有良好的工程应用前景。首先,本论文系统研究了交叉耦合谐振器滤波器综合理论。通过优化算法提取滤波器的耦合矩阵和加载电阻,以数值实例证明了优化算法的有效性。对指定耦合拓扑结构能实现的有限频率传输零点数目上限给出了严格数学证明。定义了灵敏度系数,以之定量描述耦合系数和谐振器谐振频率变化对滤波器响应的影响。利用优化算法提取源和负载耦合的滤波器耦合矩阵。通过限制谐振器之间的某些直接耦合为零,令源和负载与多个谐振器耦合,或在源至负载间引入多条传输路径,提出了一系列新型耦合拓扑结构,对这些结构的频率响应作了详细分析。为减小加工误差的影响和简化设计过程,提出通过级联单元模块架构滤波器:各模块单独设计,每个模块产生和控制一个或两个传输零点,相邻模块通过非谐振节点(NRN)连接。利用该技术,一个N阶模块化滤波器可实现N个传输零点而无需引入源至负载的耦合。介绍了单胞、双胞、三胞和四胞模块的特性并利用其构建高阶滤波器。其次,本论文研究了阶跃阻抗谐振器,提出了一系列新颖的滤波器结构。介绍了阶跃阻抗发夹线谐振器滤波器,通过倒置谐振器和级联阶跃阻抗发夹线低通滤波器使之分别适于宽通带和宽阻带应用。基于新的等效电路模型推导出小型发夹线谐振器的谐振关系式,利用其构建交叉耦合滤波器。为提高阻带抑制指标,提出了反对称馈电结构,该结构可引入一对附加的传输零点。根据电磁场分布详细研究了这对传输零点的产生机理,并对它们的位置作了推导。将阶跃阻抗结构整合于六角形开环谐振器中,基于奇、偶模等效电路模型,分析了其谐振特性。利用六角形阶跃阻抗谐振器构建了一系列滤波器,包括切比雪夫型和三胞滤波器。此类滤波器结构紧凑,寄生通带远离中心频率,具有良好的选择性和带外抑制指标。提出一种新颖的四分之波长谐振器滤波器,谐振器间通过集总元件耦合。改变集总元件值,即可控制传输零点的数量和位置。滤波器设计灵活,结构紧凑。再次,本论文研究了双模谐振器及带通滤波器。介绍了贴片和缺角作微扰的六角环形双模带通滤波器,根据场分布特点研究了谐振器的模式分离特性,通过改变微扰的相对位置,实现了一系列具有带外传输零点的双模滤波器,优化提取了这些滤波器的耦合矩阵,并通过级联低阶滤波器实现了高阶滤波器设计。提出了整合图案地结构的双模环形带通滤波器。通过在谐振器背面周期性地加载图案地结构,显著减小了电路尺寸,并将寄生通带向频率高端移动。本论文最后以一个100 MHz至9.6 GHz的倍频链设计为例,说明了平面滤波器在无线通讯系统中的重要作用。该设计始于倍频链指标及各倍频器频谱分析,确定了各滤波器指标并附以详细的设计、调试过程。测试结果表明设计达到了预期指标。