随着现代通信技术的快速发展,设备的小型化成为一个重要的发展趋势。在射频前端系统中,诸多的微波无源器件如耦合器、Butler矩阵等的小型化设计变得尤其关键。其次,高次谐波会严重影响系统的质量,干扰系统的正常工作。因此,如何在实现系统小型化的同时,抑制高次谐波也成为了一个亟待解决的问题。针对小型化问题,本文提出了一种具有高慢波因子的慢波结构,并将其应用到分支线耦合器和Butler矩阵的小型化设计中;其次,针对高次谐波问题,通过在慢波结缺陷地结构来抑制二次谐波,另外,调节慢波结构的尺寸参数,使其中的LC谐振器谐振在三次谐波频率上,从而实现了具有谐波抑制特性的慢波结构,并借助环形耦合器来验证该慢波结构的设计。本文的主要研究内容和创新如下:1、介绍了慢波结构的工作原理,并分析了其特性,给出了慢波结构的一些设计准则。同时分析了由慢波结构S参矩阵反演其特征阻抗和相位的计算方法。2、以蛇形线结构和交指结构为基础,结合其等效电路和慢波结构工作原理,利用两层PCB板的层压工艺,设计和加工了一个高慢波因子的慢波结构,电磁仿真和等效电路计算与测试结果基本吻合。利用该慢波结构,本文设计和制作了小型化的分支线耦合器和4 x 4 Butler矩阵。基于慢波结构的分支线耦合器尺寸为14 x 20 mm2,仅为传统结构大小的9%;基于慢波结构的4 x 4 Butler矩阵尺寸为76 x 39 mm2,仅为传统结构的5.8%。同时,分支线耦合器和4 x 4 Butler矩阵均具有良好的带宽、插损和相位特性。3、在高慢波因子慢波结构的基础上,在保证慢波结构小尺寸、带宽和损耗的前提下,通过慢波结构内部LC谐振器和螺旋型缺陷地结构引入传输零点,设计了具有二次、三系谐波抑制特性的慢波结构。将此慢波结构应用到环形耦合器,设计和加工的环形耦合器的尺寸为43x7 mm2,仅为传统结构的6%。同时,二次和三次谐波也被抑制到-25dB以下。4、为了控制成本和降低设计复杂度,设计了一个具有谐波抑制特性的单层慢波结构,并基于该单层慢波结构实现了小型化的环形耦合器,其尺寸为44.5 x 15.5 mm2,仅为传统结构的13.89%。测试结果表明,环形耦合器具有良好的回波、插损和相位特性,二次和三次谐波也均被抑制到-25dB以下。