液晶材料是介于液态与晶态之间的有机化合物,兼有液体和晶体的部分优点,基于电光效应,液晶材料在微波频段具有双折射特性及介电各向异性,在微波雷达、精确制导和无线宽带通信等方面具有深度的发展潜力。液晶材料运用到微波关键无源元件中,能实现相应中心频率宽带调谐的控制,达到动态选频、扩大调谐范围与带宽,进而实现电子系统小型化和轻量化特性,能广泛应用于通信、雷达、跟踪接收机以及电子对抗设备等微波系统,是当前微波领域的热门探索方向。本文通过液晶材料调谐特性、小型化谐振单元、微波关键无源元件结构设计等方面,深入研究了液晶材料在微波频段的物理特性、开环谐振结构液晶可调滤波器、开环谐振结构液晶可调滤波功分器、互补开环谐振结构梳状基片集成波导液晶可调滤波器、互补开环谐振结构半模梳状基片集成波导液晶可调滤波器。本论文的研究具体可以概括到以下四个方面:1)液晶材料在微波频段的介电特性研究。本文在采用数学模型对液晶材料的电场效应、双折射特性、电调介电各向异性等物理特性进行分析的基础上,利用连续体弹性形变理论对液晶材料的电调介电特性进行精确建模,通过数值分析得到不同位置处液晶分子指向矢倾角随外加偏压的连续变化曲线。基于带修正因子的改进型谐振法对液晶材料在微波频段的介电常数进行测量与计算,并得到微波频段液晶的介电常数极值与液晶电调介电特性模型,以及微波频段液晶介电参数随外加偏压的连续变化曲线。由迭代法结合实测介电常数分析得到了微波频段液晶材料的损耗角正切的压控特性。提出了利用特征值分析与液晶层相邻分界面处的模式匹配条件,结合液晶介电特性,通过Maxwell方程组对液晶中入射均匀平面波进行数值分析,得到相应的电磁场传输特性。实验验证:待测液晶在微波频段实现介电常数在（2.73,2.32,2.32）^{2.32,2.32,2.73}范围内变化。上述研究为实现液晶材料在微波可调谐元件方面的应用奠定了基础。2)基于液晶材料的微波频段介电特性,提出了一种基于液晶材料的可调谐滤波器仿真与设计方法。该方法将液晶材料封装在多层基片的内部,利用倒置微带电路结构与液晶材料有效接触,利用液晶材料的电调介电各向异性实现电路的调谐特性,级联具有高Q值的SRR磁谐振结构使宽带扩展及产生阻带抑制性能,并结合渐变线阻抗变换结构解决由液晶材料电控介电各向异性造成的滤波器馈电端口阻抗匹配及可调稳定性问题,进而设计了高性能微波可调谐滤波器。最终对液晶可调谐滤波器进行仿真与实现,实验验证:该类液晶可调谐滤波器中心频率可调宽度大于430MHz。该类电路结构具有宽带、尺寸小、传输响应良好、通带可调范围较宽以及高频选择性良好的特点;3)为了同时实现信号的低损耗传输及较强抑制,提出了加载液晶材料及开环谐振型（SRR）异向结构的可调滤波功分器设计。该设计中采用圆形/多边形SRR替代Wilkinson功分器的四分之一波长变换段,将滤波功能集成在功分器中。利用倒置微带电路结构以及在滤波功分器内部填充液晶材料,通过改变偏置电压值进而有效控制液晶有效介电分布,实现该元件的动态选频及功率分配。仿真并实验验证了该宽带可调滤波功分器可实现大于510MHz的中心频率调谐范围,有效避免多个谐振器耦合、调谐过程中级间阻抗失配等问题。该设计实现用一个器件有效完成两个器件的功能,并有效降低电路中的能量损耗,满足电子系统对微波元件体积小、重量轻、易于集成、损耗低、Q值高等要求;4)针对新型波导滤波器研究,提出了一种基于液晶材料互补开环谐振（CSRR）可调微波CSIW滤波器设计。利用CSIW的四分之一微带线枝节取代SIW的金属通孔,解决了SIW在加偏置电压时,由于金属化通孔使波导上下两个平面短路的问题。针对CSIW传输线结构的工作原理和传输特性,利用互补开环谐振型异向介质结构的电磁散射特性-加强散射特性可放大截止模,并结合液晶的电调介电各向异性和倒置微带线的高调制效率,设计基于电控液晶材料的加载CSRR的CSIW滤波器,该波导滤波器具备高调制效率、高Q值、低传输损耗等优势。为了进一步减小元件尺寸,提出了一种加载CSRR结构的HMCSIW可调谐滤波器,通过传输线理论、等效电路原理对所设计的新型微波CSIW/HMCSIW可调滤波器进行建模分析。实验验证:该新型滤波器中心频率可调范围为1.33GHz,插损耗小于5.3dB,回波损耗大于15dB,结构尺寸18.5mm×17.2mm,实现了具备宽范围频率选择特性的CSIW/HMCSIW-CSRR液晶可调谐滤波器。