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滤波器是射频前端系统中的关键组件,主要用来选通或者抑制特定频率的模拟信号。近些年来,为了提高系统集成度,滤波器与其他射频器件的融合设计逐渐成为研究热点。常见的功能滤波电路有滤波天线、滤波功分器及滤波开关等。随着无线通信技术的发展,射频前端系统正朝着小型化、模块化和高度集成化等方向发展。在射频前端中,无源电路的尺寸通常远大于有源电路,其中滤波电路占据相对较大的面积。因此,实现滤波电路的小型化是一个非常有意义的研究方向。依据前人的研究经验,滤波电路的整体性能通常会随着结构尺寸的小型化而逐步降低。因此,设计兼具小型化及良好滤波特性的滤波电路是非常具有挑战性的。特别是随着毫米波技术的发展,射频前端系统普遍采用损耗较高且价格昂贵的封装或半导体工艺。基于这些工艺,传统类型的滤波电路的损耗及尺寸通常很难满足系统要求。为了解决上述问题,本论文提出一种具有高设计自由度的对偶复合左右手谐振器,其尺寸小于0.1个导波波长。在此基础上,本论文还深入研究等效电路理论,并提出综合设计方法。最后,分别基于印刷电路板、封装及半导体工艺,提出了一系列兼具小型化及良好滤波特性的微波/毫米波滤波器及功能滤波电路。论文的主要内容可以概括如下:1.具有高设计自由度的小型化对偶复合左右手谐振器:（a）提出小型化对偶复合左右手谐振器,其电尺寸仅为0.05～0.1个导波波长。区别于已发表的（对偶）复合左右手结构,其兼具两种工作状态:既可以用于设计复合左右手传输线,又可以用于设计耦合谐振式滤波电路;（b）提出解析式的电路参数提取方法,构建了从复杂结构到简单电路的映射关系,利用等效电路指导谐振器设计;（c）提出对偶复合左右手谐振器的综合设计方法,实现较高的设计自由度,谐振器可以工作在微波～毫米波频段,且谐振带宽及高次谐波都可以实现大幅度控制。这部分研究成果已在IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅱ:Express Briefs期刊和2015 International Workshop on Electromagnetics:Applications and Student Innovation Competition（iWEM）等会议上发表。2.融合耦合矩阵及对偶复合左右手谐振器的滤波电路设计方法:（a）提出基于对偶复合左右手谐振器的耦合矩阵法,其特点在于通过改变对偶复合左右手谐振器的自身特性,可以大幅度提升耦合矩阵法的有效设计范围,进而提高滤波电路的设计自由度;（b）提出的滤波电路多个特性可实现大幅度控制,包括中心频率（1～40 GHz）、相对带宽（9%～27%）、上阻带抑制（2倍频～5倍频）、双频滤波器频率比（1.6～3.2）及带宽比（0.52～2.52）等;（c）提出的多种滤波电路均实现了大幅度的尺寸小型化,且兼具较低的通带损耗、较好的通带选择性以及较宽的阻带抑制特性。这部分研究成果已在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,IEEE Microwave and Wireless Components Letters等期刊和2017 Sixth Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation（APCAP）等会议上发表。3.基于紧凑型拓扑及对偶复合左右手谐振器的滤波功分器:（a）提出一种紧凑型滤波功分器拓扑结构,移除了常用的四分之一波长传输线,并利用外部品质因素效应来实现90度阻抗变换效果,从而将电路尺寸缩小到0.1λg×0.1λg左右;（b）提出基于外部品质因素效应的滤波功分器阻抗匹配方法及输出端口隔离实现方法,在实现小型化的同时,实现了较高的端口阻抗匹配及输出端口隔离;（c）提出基于复数阻抗加载及双阻抗加载的高隔离滤波功分器,基于等效电路分别推导出隔离元件的取值;（d）提出了基于表面波及空间耦合抑制的输出端口隔离增强方法,实现了高隔离度（>35 dB）及宽隔离带宽（>500%）。这部分研究成果已在IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques期刊和2018 Asia-Pacific Microwave Conference（APMC）等会议上发表。4.面向5G应用的小型化低损耗封装/片上滤波电路:（a）基于LTCC、Ga As或Ga N半导体工艺,提出多款面向5G应用的封装/片上滤波器及片上功能滤波电路。在毫米波频段均实现了小尺寸（通常小于1×1 mm2）、低损耗（通常小于1 dB）、宽阻带抑制及较高的选择性;（b）提出适用于多层LTCC及半导体微纳工艺的混合集总分布式谐振器拓扑结构,且具有小型化和低损耗特性;（c）提出基于混合耦合理论的多传输零点实现方法;（d）提出基于场效应管的可重构谐振器概念,实现了无源、有源电路高效的融合设计,并进一步提升功能滤波电路的性能（滤波开关隔离>60 dB）。这部分研究成果已在IEEE Access和IEEE Transactions on Circuits and Systems II:Express Briefs等期刊上发表或投稿。