2020年5G迎来新的高峰期,毫米波技术将随着5G的发展加速成熟和应用。定向耦合器在毫米波通信系统中被用于测量反射,混合信号以及隔离微波和毫米波系统中的信号源,是不可或缺的关键无源器件。因此研究应用于5G毫米波频段的宽带定向耦合器是具有意义的。集成基片间隙波导具有低损耗、平面化以及适用于毫米波等优点为设计新型的定向耦合器提供了研究方向。本论文采用集成基片间隙波导结构结合孔（缝隙）耦合理论提出了两种定向耦合器:（1）提出基于集成基片间隙波导（Integrated substrate gap waveguide,ISGW）的集成基片耦合间隙波导（Integrated substrate coupling gap waveguide,ISCGW）。ISCGW结构由两层介质板构成,分别为过孔层介质板和间隙层介质板,且在间隙层介质板上的金属地面上开有耦合缝隙,用于电磁场的耦合。该ISCGW具有低损耗、平面化等良好的传输特性。（2）提出基于集成基片耦合间隙波导的单缝耦合器。该耦合器由本文提出的两个ISCGW组成,通过两个ISCGW公共面上的单缝实现耦合。论文提出采用偶-奇模分析法和准静态分析法对本文ISCGW单缝耦合器进行理论研究,导出该耦合器的设计理论。然后,论文分析了该耦合器中耦合传输脊周围EBG排列对耦合器的影响,给出能够有效降低耦合器回波损耗和提高耦合器隔离度的EBG所处的最佳排列位置。进一步,通过深入研究传输脊与耦合传输脊的过度线形状发现,采用曲线过渡可以有效降低耦合器的回波损耗。通过优化,论文得到了3dB、6dB和12dB三种不同耦合度的耦合器,其中:3dB耦合器的工作频段为23.07至28.55 GHz,6dB耦合器的工作频段为24.48至30.73 GHz,12dB耦合器的工作频段为25.79至30.52GHz。设计的耦合器在工作频段内耦合波动为±1dB,隔离度高于20dB,回波损耗低于-20dB。最后,分别对本文提出的3dB和12dB单缝耦合器进行加工测试验证。测试结果表明,本文设计的ISCGW单缝耦合器的测试结果和仿真结果具有较好的一致性。与公开发表在文献的耦合器相比,本文提出的单缝耦合器具有低损耗、高隔离和小型化等优点。（3）提出基于集成基片耦合间隙波导的多缝耦合器,该耦合器同样由两个ISCGW波导组成,与前述单缝耦合器不同,该耦合器通过两个ISCGW波导公共面上的多个耦合缝隙实现耦合,耦合缝隙由矩形缝隙和圆形缝隙组成。论文提出采用多缝耦合理论,对耦合器进行理论研究。同时,论文对耦合缝隙的尺寸和耦合传输脊尺寸进行分析,表明通过调整耦合缝隙的尺寸和耦合传输脊的尺寸可以调节耦合器的耦合度。该多缝耦合器通过不同的缝隙个数和不同的缝隙大小实现了不同耦合度。通过优化,得到了12dB、8dB、6dB和3dB四种不同耦合度的耦合器,其中12dB耦合器由5个耦合缝隙实现,工作频段为24.14GHz至31.5GHz实现了7.4GHz的工作带宽,8 dB耦合器由7个耦合缝隙实现,工作频段为27.12GHz至35.16GHz,实现8GHz的工作带宽。通过9个缝隙实现6dB耦合器和3dB,其中6dB耦合器的工作频段为24.22GHz至33.25GHz实现了9GHz的工作带宽而3dB耦合器的工作频段为28.35GHz至35.49GHz实现了7.1GHz的工作带宽,所设计的耦合器的隔离度均高于20dB、回波损耗均低于-20dB且耦合度在±1dB范围内波动。与公开发表在文献的耦合器相比,本文提出多缝耦合器具有高隔离、小型化和宽带等优点。