随着无线通信系统的不断发展，近年来崛起的低温共烧陶瓷技术（LTCC）由于其低成本、低介质损耗、多层布局、良好的导电导热率和高频高Q等特性被广泛应用于各种小型化、轻量化、高性能和高集成度的微波毫米波电路与系统。本论文基于平面交叉耦合滤波器和微带天线的基本理论，结合LTCC工艺的三维布局特性，提出了一系列多层结构的微带滤波器和天线设计方案。其中，滤波器具有小体积、高抑制度、宽频/双频、传输零点和谐振频率可调等特性；天线具有双频、双圆极化、紧凑的辐射面和体积等特点，具有广阔的应用前景。首先，本论文详细阐述了交叉耦合滤波器的基本原理，将耦合矩阵的优化设计转化为求目标函数最小值问题，提出适用于任意拓扑结构的遗传-Solvopt混合优化算法。以MATLAB作为研究平台，在滤波器设计实例中验证了优化算法的可行性。引入源和负载的耦合并提出一系列新型的滤波器拓扑结构，对它们的传输零点和响应曲线进行了详细设定和分析。介绍了N胞模块级联滤波器，其传输零点由每个N胞模块单独控制，然后根据所需阶数，选择模块之间的级联方式组成多阶级联滤波器。在准确实现传输零点的基础上，可兼顾良好的反射响应、较高的阻带抑制和矩形系数。所以N胞模块级联滤波器不仅拥有高阶滤波器的优良传输性能，其结构分析和实现还因基于独立模块而变得简单，并降低了仿真和加工可能带来的误差影响。其次，本论文研究了多种谐振滤波器，提出一系列基于LTCC技术的新型滤波器结构。利用LTCC的工艺特点设计多层交叉耦合阶跃阻抗谐振（SIR）滤波器，使得各谐振单元间的耦合方式从传统的平面转为立体，耦合度控制更灵活，体积更小。同时源-负载的耦合以及零度馈电方式的引入保证了阻带的高抑制度。设计了一系列三维结构的宽带带通和带阻滤波器，所有滤波器均由半集总的谐振单元组成，谐振单元中的电容由LTCC多层平板电容实现。传输零点的位置由各谐振单元参数单独控制，可实现带宽和阻带抑制度的自由调节。同时，利用这种半集总谐振单元的拓扑结构还设计了LTCC双通带滤波器，引入源-负载的垂直耦合来增加传输零点，进而提高选择性。各通带频率和传输零点位置由谐振元件值分别控制，灵活可调。接着，本论文研究了LTCC微带天线，提出了多种小型化结构设计。介绍了受扰动的双频双圆极化天线，通过调节不同层上的六边形辐射面和扰动切块面的大小，可在较宽频带内实现双频圆极化辐射特性。同时，在辐射面上使用矩形裂口，延长了辐射电流的有效路径。相当于在频率不变的情况下，进一步缩小了体积。然后在体积仅为3.2mm×1.6mm×2mm的LTCC基板内设计了多层折叠微带线来实现双频WLAN天线的功能。工作频点可通过调节各辐射层之间的耦合距离以及各层折叠线（谐振极子）自身的电长度来控制。辐射层之间的连接通过封端的方式实现，无通孔，工艺简单，成品率高。另外，研究发现使用非均匀间隔的折叠微带线可实现更宽的辐射带宽。