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超材料是一种自然界中不存在的、人工合成的复合结构或复合材料,它具有一些天然材料所不具备的超常物理性质,如负折射率、逆多普勒效应,具有重要的应用前景,因而受到了人们的极大关注。基于超材料的设计理念,人们经过合理的设计,能够实现具有较高性能滤波特性的带通滤波器。本文设计了四种基于金属(Metal)-介质(Dielectric)-金属(Metal)(MDM)夹层结构的超材料微波带通滤波器,并在理论和实验上研究了它们的滤波特性,主要结果如下:(1)设计了两种多波段超材料微波带通滤波器。研究表明双波段带通滤波器在0-12 GHz频率范围内具有两个稳定的透射通带,两个通带-3 dB频率范围为3.50-4.55 GHz和7.69-8.55 GHz,中心频率为4.03 GHz和8.12 GHz,相应的透过率为-0.30 dB和-0.25 dB;三波段带通滤波器在4-16 GHz频率范围内具有三个稳定的透射通带,三个通带-3 dB频率范围为5.35-6.80 GHz、8.33-9.75 GHz和11.12-12.43 GHz,中心频率为6.07 GHz、9.04 GHz和11.77 GHz,相应的透过率为-0.15 dB、-0.28 dB和-1.09 d B。两种滤波器均具有极化不敏感和大角度入射稳定的特性。此外,研究还发现基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技术的引入能有效改善三波段带通滤波器的大角度入射性能表现。(2)设计了两种可调超材料微波带通滤波器。研究表明机械可调带通滤波器在8-12 GHz频率范围内存在一个唯一的谐振频点。谐振频率随着两个结构之间的距离的变化而变化,且二者近似成线性关系;电可调带通滤波器在不加馈电网络时在4-10 GHz频率范围内仅存在一个谐振频点。随着变容二极管电容值的增大,谐振频率朝着低频方向移动。而加入馈电网络后则存在两个谐振频点,其中一个谐振频率随着电容的增大依然朝着低频方向移动,而另一个谐振频率基本维持不变,这也表明该模式来源于馈电网络的引入。这四种具有不同滤波特性的超材料滤波器能够被用作带通滤波器,并有望在微波通讯、多频成像以及军事技术等领域发挥重要的作用。