随着人们对无线技术尤其是移动通信技术需求的日益增长,现代电子系统朝着集成化、小型化、低成本、多模等趋势发展。而各种模式电子系统的应用,使得电磁空间更加复杂,为有效选择所需信号同时减小带外干扰,研究小型化、高性能的微波无源器件成为热点。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是新型平面类导波结构,具有相对较高的品质因数,传输损耗较小,同时封闭结构使得其辐射损耗低、隔离度高。目前,SIW已成为微波毫米波电路设计的一个重要选择,但由于SIW类似于波导,具有截止频率,在具体应用时占据较大的电路面积,制约了它在微波特别是微波低频段中的应用。本文针对SIW无源器件的小型化问题展开系统的研究,并完成了多种小型化、高性能的微波毫米波无源器件的设计。本文的主要研究工作及创新点如下:(1)提出了 一种新型缺陷地结构(Defected Ground Structure, DGS),并将其应用到SIW结构中。该DGS采用了发卡型结构,有效提高了等效电容,同时并联的短枝节线则有效减小了等效电感,从而降低了损耗,与其他DGS结构相比,本文所提出的结构具有更高Q值,在阻带频率上的抑制深度和陡峭度具有明显优势。首先,结合SIW结构的高通性质和DGS的低通特性形成带通响应,DGS所产生的慢波效应则使得电路更加紧凑,同时由于通带内处于传输模式,故在通带内具有较低的插入损耗和良好的回波性能。其次,针对传统SIW功分器输出端口隔离度较低的问题,本文在传统魔T的基础上设计了一种加载所提出的DGS的SIW功分器,该设计克服了传统SIW功分器输出端口隔离度低的问题,同时具有低损耗、尺寸小的优点。(2)提出了一种混合基片集成波导谐振结构(Hybrid Substrate Integrated Waveguide,HMSIW),通过将金属带线嵌入到SIW腔体中,从而使得该谐振结构存在两种基本谐振模式:TEM模和TE101模。利用这种谐振结构设计了一款新型滤波器,两个模式分别形成一个通带,得到了双通带滤波响应。由于两个工作模式不相关,二者相互间的耦合可以忽略,故两个通带可独立设计。同时,由于带线结构内嵌于SIW腔体内部,不占据额外的电路面积,有利于小型化设计。另外,若带线的谐振频率接近于SIW腔体谐振频率,由于带线结构谐振时的相位翻转效应,根据信号相消的原理,在滤波器的阻带产生传输零点。此时,带线结构相对于SIW谐振腔来说处于非谐振状态,可以看成非谐振节点,但是传统的非谐振节点技术采用的是单模结构,故仅能够产生一个传输零点,本文创新性地采用具有多谐振特性的阶梯阻抗谐振器,可形成两个或者多个传输零点。该设计突破了传统单模非谐振节点对零点个数的限制,扩展了非谐振节点在高选择性滤波器的应用,同样由于带线结构不占据电路面积,有利于电路的小型化。(3)设计了一种基于四分之一模基片集成波导(Quarter-mode SIW, QMSIW)和共面波导(Co-planarWaveguide, CPW)的混合结构,并采用该结构进行高选择性小型化滤波器的设计。该混合结构将CPW谐振器蚀刻于两个QMSIW谐振器的耦合窗口位置,CPW谐振器工作于谐振状态,拓展了滤波器的工作带宽,而且CPW引入了额外的电耦合,从而产生了带外零点,有力增强了频率选择性。同时,由于CPW蚀刻在QMSIW的耦合窗口位置,不会增加电路的面积,有益于电路的小型化。另外,为进一步增强频率选择性,将混合源负载耦合应用于滤波器设计中,与传统的源负载耦合结构相比,混合源负载耦合结构能够产生额外的传输零点,提高了滤波器的频率选择性。(4)提出了 一种双模互补开口环谐振器(Complimentary Split Ring Resonator,CSRR)结构,并将其应用于半膜基片集成波导(HalfModeSIW,HMSIW)无源电路中。传统CSRR结构加载到SIW中可形成左手传输线,使得传输信号的频率远小于SIW的截止频率,从而有利于器件的小型化。但其不足的是工作带宽较窄、插入损耗高。本文基于传统双模谐振器,创新性地将双模谐振器的概念应用于互补谐振器中,形成了双模互补谐振器,从而有效提高了其工作带宽,同时也有效降低了其传输损耗,扩展了 CSRR的应用范围。另外,由于将双模CSRR加载于HMSIW中,传播信号的频率远小于其截止频率,电路面积大大减小,达到了与微带、CPW相比拟的水平,同时其保持了 SIW的特性,传输损耗更小。本文研究中,均是采用标准单层或者两层PCB工艺制作,加工简单、周期短、成本低。同时各个加工样品的理论分析、仿真以及测试结果均较为吻合,验证了本文研究工作的正确性以及有效性。