环行器以及隔离器等非互易器件广泛用于射频前端的发射接收之间的去耦、隔离,以此来减小同频自干扰,在某些通信系统中经常作为关键元件出现。传统的非互易器件通常采用铁氧体等磁性非互易材料实现,通过外加磁场偏置产生法拉第旋转效应从而实现非互易特性。然而铁氧体等磁性材料的制备工艺难以与传统的硅基集成电路工艺相兼容,因此环行器以及隔离器等非互易器件难以实现集成化。同时铁氧体等磁性材料的制备成本高,具有一定的污染。铁氧体器件占用体积和质量往往也较大,在电路系统中往往作为分立式元件出现,难以实现紧凑的系统。因此发展无磁化非互易器件,实现非互易器件的集成化以及小型化具有十分巨大的潜力。本文从时变传输线的角度入手研究非互易器件,时变传输线利用时空调控的方式来控制传输线电路等效模型中分布参数的值,打破时间反演对称性,从而进一步获取非互易特性,无需磁性材料作为媒介。本文主要研究内容如下:论文首先对无磁化相位非互易结构进行了研究,利用时变开关来控制传输线中信号的传播过程,从而构成无磁化相位非互易电路,即无磁化回旋器。对窄带无磁化相位非互易电路结构MFBG（Magnetic-Free Balanced Gyrator）,进行了仿真以及实验验证。在此基础上进一步验证了一款理论上与频率无关的差分传输相位非互易结构MFDBG（Magnetic-Free Differential Balanced Gyrator）,使得信号从两个不同方向传输时传输系数的相位差始终保持在180度而不受频率影响,对该结构同样进行了仿真以及实验验证。此外讨论分析了MFDBG中传输线延时误差以及控制信号占空比误差对插入损耗的影响,定量给出了这两种误差对插入损耗大小影响的分析公式。其次,论文对无磁化幅度非互易结构进行了研究,即无磁化隔离器。利用控制信号控制电阻吸收式开关,验证了一款宽带无磁化隔离器MFUDI（Magnetic-Free Ultra-Broadband Dissipative Isolator）。分析了一款利用差分传输的方式构造的无磁化频率转换隔离器MFFCI（Magnetic-Free Frequency Conversion Isolator）,使得反向传输的信号能够被搬移到其他频率来达到隔离的效果,并进一步讨论了MFFCI在非互易电路中的隔离效果以及带宽限制,并做出理论分析。设计了两款新型的无磁化隔离器:1.论文在MFUDI结构基础上,改进设计了一款可重构的无磁化宽带隔离器MFSTI（Magnetic-Free Single-ended Transmission Isolator）,通过改变控制信号之间的相位关系实现控制隔离器隔离方向的转变,同时提高了原有结构的隔离度。2.为了提高功率容量以及实现无磁化隔离器对共模信号的抑制,论文中提出了一种结合威尔金森功分器,利用差分信号相干相消的方式来实现无磁化隔离器MFDTI（Magnetic-Free Differential Transmission Isolator）的设计方案。最后,论文中结合上述相位非互易结构和幅度非互易结构进一步构建了无磁化环行器。对于窄带结构,利用一段互易传输线与无磁化相位非互易电路进行结合,引出三个端口构成三端口网络,利用不同端口之间信号的相干叠加来实现,对此进行了仿真验证。对于宽带结构,在幅度非互易结构的基础上验证了三端口宽带无磁化环行器和四端口宽带无磁化环行器,统称为MFSTC（Magnetic-Free Single-ended Transmission Circulator）,并通过实测验证其宽带特性。最后从理论上推广至N端口无磁化环行器。此外,针对上述结构功率容量较小以及抗干扰能力较差的问题,论文设计了一款结合巴伦实现的宽带、高功率容量以及可以抑制共模干扰的无磁化环行器MFDTC（Magnetic-Free Differential Transmission Circulator）。其可以通过改变开关控制信号实现MFDTC在环行器与隔离器之间的转换。