本文面向现代无线通信和射电巡天探测的发展需求,针对复杂电磁环境下射频接收机前端在多业务、抗干扰以及小型化应用方面的工程需要,开展小型化的高性能多频带及平衡式微波滤波电路研究。主要探索基于耦合谐振器技术的多频带滤波器与滤波天线、以及平衡式高阶超导滤波器的设计技术和实现途径。本论文的主要工作如下:1.基于耦合谐振器设计了具有可控零极点的小频比双通带滤波器,并给出了该类滤波器的综合与设计方法。通过适当地排布滤波器的耦合系数,可以灵活地控制两个通带的频率比和带宽,而无需改变谐振器尺寸。在此基础上,设计了三款具有不同频率比的新型双通带滤波器。所提出的基于均匀阻抗耦合谐振器的滤波器实现了 1.18的通带频率比;基于阶跃阻抗耦合谐振器的滤波器实现了 1.30的频率比和宽阻带,以及独立可控的传输零点;基于改进型阶跃阻抗耦合谐振器的滤波器实现了 1.05的频率比和宽阻带,以及独立可控的通带频率和传输零点。2.提出了一种混合电磁耦合多模阶跃阻抗谐振器（Stepped-Impedance Resonator,SIR）,并设计一款具有高隔离度的三通带滤波器。该滤波器基于混合电磁耦合方法在通带之间产生多个传输零点,实现了高的频带隔离度。为了进一步提高多通带调节的自由度,提出了一种磁耦合线微扰多模谐振器结构,并在此基础上研发了一款五通带高温超导滤波器。通过适当地改变多模谐振器中的磁耦合微扰线长度和位置,可以控制奇偶模以及简并模两种模式的谐振极点,从而有利于多频带设计。通过引入源-负载耦合、马刺线以及I/O旁路枝节,在通带之间以及上阻带产生了多个传输零点,从而增强了频带隔离度以及带外谐波抑制。所设计的五通带滤波器使用高温超导技术进行研制,有效降低了通带的插入损耗。3.提出了一种基于新型分支线SIR的平衡式电磁耦合对,并基于此设计了一款紧凑型的平衡式宽阻带双通带滤波器。所述新型分支线SIR可以在获得两个所需通带频率的同时,使三次谐波拉远以及差共模谐波错开,从而实现具有宽阻带以及高共模抑制的双通带响应。由该分支线SIR构成的电磁耦合对具有多个可控传输零点,该传输零点通过等效电路模型进行了分析。研究显示分布在各通带两侧的4个传输零点可以通过耦合对的电磁耦合系数以及馈线的耦合来灵活调控,从而有效增强通带的选择性以及通带间的隔离度。此外,该滤波器具有多个耦合系数以及外观Q值的设计自由度,从而有利于带宽控制。本文还提出了一种基于该分支线SIR的平衡式三角电磁耦合结构,并设计了一款高频带隔离度的平衡式宽阻带双通带超导滤波器。通过多路径耦合原理以及I/O旁路枝节加载的方法,在上边带和上阻带产生多个传输零点,从而实现高频带隔离度以及宽阻带抑制。4.提出了基于三类具有不同电磁耦合特性的平衡式SIR耦合对设计高阶超导平衡滤波器以及可重构高阶超导平衡滤波器。文中首先研究了三类SIR耦合对的差模相位、共模抑制水平,以及差共模耦合系数,讨论了三种基于级联电磁耦合谐振器的高阶准椭圆响应滤波器拓扑。然后在此基础上,利用所述的SIR耦合对设计了几种具有切比雪夫/准椭圆响应的高阶平衡带通滤波器。最终,使用高温超导技术研制了一款交叉耦合拓扑的准椭圆响应六阶窄带平衡滤波器,以及一款滤波响应可重构的六阶平衡带通滤波器,其零点的产生机理通过传输路径的幅度及相位移分析进行了说明。所设计的超导平衡滤波器在通带外两侧产生了一对对称的传输零点,实现了准椭圆响应,具有高选择性、低插损、宽阻带的特性。所述可重构超导平衡滤波器通过合理设计开关部分,实现了具有平坦且深阻带的切比雪夫响应或具有陡峭边带的准椭圆响应的滤波特性切换,同时减小了损耗。5.基于谐振器-天线耦合的等效电路模型,研究了一种滤波天线的高效集成设计方法,推导了电路综合所需的天线辐射Q值和天线单元与谐振器之间新的耦合系数表达式。通过反射系数的方法对电路综合参数进行提取,设计了一款平面微带结构的双频带滤波天线。所设计的滤波天线具有灵活可控的通带频率,以及良好的频率选择性,从而提高了阻带抑制能力。