随着对高分辨率探测制导以及高速率无线通信需求的不断增长,毫米波波段所具有的宽带宽、窄波束、能够穿透烟、尘、雾等诸多优势越来越得到重视。毫米波系统得以近些年在跟踪、制导以及通信等方面得到越来越广泛的应用。本论文主要针对毫米波无源器件(滤波器,双工器等)及天线设计中的若干问题进行研究与探索。在研究中采用了理论分析,数值仿真和实验验证等手段,设计了多种具有优良性能的毫米波无源器件及天线,集中体现了作者的研究成果。本文的主要工作如下：1.分析并设计了具有较高带外抑制的低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)60GHz基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)腔体滤波器。利用交叉耦合技术,设计了一种具有一个带外传输零点的LTCC60GHz (?)空体带通滤波器,并利用knowledge-embedded space mapping (KSM)算法结合商业软件对该滤波器进行了参数优化；接着提出将交叉耦合技术与extracted-pole技术相结合,实现了一种具有两个带外传输零点的LTCC60GHz腔体带通滤波器,该滤波器不但拥有较高的带外抑制且两个带外传输零点可以分别独立调整,我们还通过实验对该滤波器的性能进行了验证。2.分析并设计了新型小型化的LTCC毫米波基片集成波导腔体双工器。提出了一种利用双模谐振腔设计的新型LTCC40/50GHz腔体双工器,通过恰当选取双模谐振腔结构、谐振腔馈电点及耦合点位置,可以不再依赖于传统的T型接头实现频段之间的隔离,为之后设计小型化的毫米波双工器进行了探索；提出了一种将双模谐振腔、单模谐振腔及各种耦合孔相结合的小型化LTCC60GHz腔体双工器,该双工器所占面积仅约为已有文献中设计所占面积的一半却拥有与后者相似的隔离度。所提出的新型小型化腔体双工器的性能均通过实验进行了验证。3.分析并设计了分别基于印刷电路板(Printed Circuit Board, PCB)工艺及LTCC工艺的毫米波宽带天线。提出了一种辐射器部分采用自互补结构的宽带PCB毫米波准八木天线,该天线的相对阻抗带宽能够达到70%以上,实验结果验证了我们的设计；通过分析60GHz通信协议中对天线阻抗带宽、增益及波瓣宽度等的要求,利用LTCC工艺,提出了一种阻抗带宽能够覆盖60GHz通信标准中57GHz至66GHz所有四个通道的LTCC宽带线极化微带天线,并将该宽带天线分别应用于4×4阵列及1×4波束扫描阵列以满足不同系统对于天线增益和波瓣宽度的需求,天线单元及天线阵的性能均通过实验进行了验证。4.分析并设计了分别基于LTCC工艺及芯片上微机械加工工艺的低损耗毫米波天线。提出了一种采用LTCC工艺设计的60GHz介质谐振器天线(Dielectric Resonator Antenna, DRA)及天线阵,区别于其它60GHz DRA天线,该天线的介质谐振器与馈电结构均采用LTCC工艺,具有较好的加工一致性,且由于天线的辐射部分不存在表面波损耗及导体损耗,该天线具有较普通LTCC微带天线更低的损耗、更高的增益；我们还对传统的芯片微机械加工手段进行改进,提出在半导体材料上挖出腔体并填充介质,在介质腔体上方设计天线从而避免天线与半导体材料接触、降低天线的损耗并增加所设计天线的抗冲击能力,利用该加工工艺所设计的135GHz低损耗片上天线及天线阵的阻抗带宽、增益及辐射效率等均通过实验进行了验证。