随着现代微波毫米波电路系统日新月异的发展,其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高。总的来说,现代社会高度网络化信息化的需求推进微波毫米波系统迅速向高集成度、小型化、多频带/多模式、多功能和低成本的方向发展。因此,低损耗、小型化的微波毫米波技术对于高性能无线通信系统的研发是非常关键的。基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)是一种新型平面类导波结构,SIW的出现顺应了微波毫米波电路高密度集成、小型化的发展趋势。这种集成波导既保持了传统波导的低损耗、高Q值、较高功率容量、良好的电磁屏蔽等优点,又具有成本低、集成度高的优点。但是,由于SIW的宽度受限于截止频率,具体应用面临尺寸较大的问题,因此制约了它在微波频段中广泛应用。本文主要基于多模技术和多功能技术实现SIW电路的低损耗和小型化,深入研究了多层技术、双模技术、多频带技术和多功能技术相结合的方法,更好的实现低损耗和小型化SIW电路。本文研究和实现了多种双模多层SIW滤波器和多功能的滤波耦合器等微波毫米波电路,具有低损耗和小型化的特性。主要工作和创新点包括以下几个方面:1.针对SIW单模谐振器尺寸过大、不便于集成,实现高选择性时,需要多谐振器级联,带来损耗增大的等问题。本文提出了基于基片集成圆腔(Substrate Integrated Circular Cavity,SICC)的多层双模滤波器电路。本文在多层SIW电路中,采用调控层间耦合缝隙和输入输出端口的位置关系激励双模,实现了一种具有较高阻带抑制、低损耗、小型化、高选择性的多层双模圆腔滤波器。通过调控耦合缝隙和谐振器参数,可以控制滤波器带宽和带外抑制。针对单一采用一种类型的双模SICC只能在上边带形成零点,下边带抑制水平有限,为了提升滤波器性能,本文将不同形状的双模圆形谐振器SICC,椭圆谐振器(Substrate Integrated Elliptic Cavity,SIEC)结合起来实现多个带外零点,具有更好的滤波响应,且与多层技术有效的结合,实现SIW电路的低损耗小型化。首次在多层SIW电路中引入互补型双模SICC和SIEC,利用双模SICC和SIEC零点位置不同,得到了一种具有低损耗,椭圆响应,结构紧凑的多层双模滤波器。2.多功能技术作为较为有效的实现小型化的一种技术,可以大幅度减小电路尺寸,提高系统的整体性能,也是目前小型化技术的研究热点之一。针对于目前无线通信系统中滤波器和耦合器级联带来额外损耗和占用较大面积的问题,采用多功能技术,将滤波器和耦合器的功能合而为一。针对于目前耦合器拓扑结构与所需的信号传输方向不易匹配的问题,本文首次提出了几种基于混合SIW谐振器(Mixed Shape SIW Cavity,MSSIW)的新型滤波耦合器,具有小型化和任意端口方向的特点。这几种新型耦合器具有灵活的端口结构,易于与传输方向相匹配,而不用引入附加弯曲过渡,从而减小了电路尺寸。本文提出的混合谐振器滤波耦合器更适合于发展小型化微波毫米波系统,具有重要科学意义和广阔的应用前景。3.针对基于耦合谐振器的滤波耦合器可实现带宽有限,带外抑制水平不高,不适于宽带应用等诸多问题,本文提出了一种新型宽带高选择性的多层半模基片集成波导(Half-mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW)滤波耦合器。通过在HMSIW顶层刻蚀新型银杏叶形缝隙(Ginkgo Leaf Slots,GLS)单元,该电路集成了带通滤波器和定向耦合器两种功能。GLS单元的结构参数用来控制通带响应和带外抑制水平,因此其频率选择性和阻带抑制带宽都有明显提高。本文提出的基于GLS单元的宽带滤波耦合器具有损耗低、体积小、选择性高、阻带带宽较宽等优点,对于丰富SIW滤波耦合器领域的研究体系具有重要的科学意义。4.为了提升滤波耦合器的性能,需要将双频带技术和多层技术成功的应用到滤波耦合器的设计中,同时又保持低损耗,小型化特性。本文首次提出了一种基于多层基片扇形谐振器(Substrate Integrated Fan-shaped Cavities,SIFCs)双频带小型化滤波环形耦合器,具有良好的双频带滤波响应,较高的隔离,通带的带宽比和中心频率灵活可控,较好的幅度和0°、180°相位平衡。本文提出的多层SIFCs双频带滤波耦合器对于扩展SIW滤波耦合器领域的研究体系具有重要科学意义。5.针对目前SIW交叉器尺寸大,损耗大等问题,基于基片集成矩形谐振器(Substrate Integrated Rectangular Cavities,SIRCs)的两个正交模式,本文提出了一种低损耗小型化的多层双模SIW滤波交叉器。通过合理安排馈电端口和耦合缝隙在多层SIRCs中的位置,很好的实现交叉器传输和隔离响应。而且,输入/出端口和隔离端口可以共用一个谐振器,这样减少了两个谐振器。针对传统SIW交叉器的隔离度提升与带宽扩展不易兼顾的问题,本文提出交叉器带宽在一定的范围内可以实现独立调控的方法。在可接受的隔离度(>20dB)条件下,可控带宽范围为1.1%到6.5%。文中三阶多层双模SIRCs滤波交叉器的电尺寸比传统SIW滤波交叉器的电尺寸减小85%,可在天线馈电网络等领域广泛应用。