随着现代无线通信技术的蓬勃发展,人们对通信设备的需求逐渐向小型化和多功能等方向发展。面对层出不穷的可穿戴设备和多用途便携式移动终端,本就日趋紧张的频谱资源达到捉襟见肘、空前拥挤的地步。为了保证高质量的通信,系统的抗干扰能力面临着巨大挑战。带通滤波器作为通信系统中不可或缺的一部分,它在分离频谱、提高通信质量和防止信道串扰等方面发挥着重要的作用。小型化和多通带的带通滤波器不仅能够有效地降低通信设备的尺寸和重量,还可以在一定程度上减少系统的复杂度。因此研究滤波器的小型化和多通带特性不仅具有重要的学术价值,也具有很强的现实意义。本文主要从微波滤波器的小型化和多通带两个方面展开研究和设计。就滤波器的小型化设计而言,本文着重研究了分形结构和分形谐振器在其中的应用。通过使用阶跃阻抗谐振器和枝节加载谐振器,设计出了单通带、双通带和三通带等多种类型的滤波器。本文的主要工作如下:1、简要阐述了研究小型化和多通带微波滤波器设计的背景及意义,并针对小型化和多通带这两个特性,回顾了当前该领域的发展动态和最新研究成果。2、概述了滤波器的一些基本参数指标,然后给出传输线阻抗公式,并分析了几种特殊情况下的输入阻抗。深入剖析了用于研究对称网络的奇偶模分析法,为文中分析具有对称结构的谐振器提供了理论指导。3、简要回顾了分形理论的发展过程以及分形结构在微波滤波器设计中的应用,研究了一些常见分形曲线和分形结构的特性和机理。通过在典型Sierpi′nski方垫分形谐振器的结构中引入一个缩放因子,实现了对谐振器谐振特性的控制。在此基础上,设计了一个基于改进型Sierpi′nski方垫分形谐振器的双模双通带带通滤波器,测试结果显示该双模双通带带通滤波器具有良好的频率特性。4、详细介绍了采用基于生成器迭代的方法产生正十字分形结构的过程,在此基础上,将正十字分形结构应用到微带谐振器的设计中,构成了一种新型的分形谐振器正十字分形谐振器。通过仿真对比不同迭代级数的分形谐振器的谐振特性,证明了提出的分形谐振器具有良好的小型化特性。基于3阶迭代分形谐振器设计了一个小型化的带通滤波器,测试结果与仿真结果的一致性很好。5、系统研究了阶跃阻抗谐振器和枝节加载谐振器谐振特性,并分析讨论了影响谐振器谐振特性的因素。为了提高滤波器设计的灵活度和自由度,采用的谐振器结构由单一的阶跃阻抗谐振器过渡到枝节加载阶跃阻抗谐振器,最后再到阶跃枝节加载阶跃阻抗谐振器,所需考虑的结构参量逐渐增多,设计复杂度也逐渐增大。基于上述三种谐振器分别设计了双通带和三通带滤波器。由于加载的枝节位于谐振器内部,并未额外增加谐振器的尺寸,因此,这些滤波器在实现多通带频率响应的同时也具有小型化的优点。