现代的微波毫米波系统迅速向高集成度、小型化、高可靠性和低成本方向发展。低成本和高成品率对商业化的宽带微波毫米波系统非常关键。本论文研究了一种新型的合成三维传输线，该结构使用周期性金属化通孔连接不同条带等效为均匀的厚金属条带，并可采用普通PCB或者LTCC工艺实现。 定向耦合器是微波毫米波系统中一个常见的微波器件。采用合成结构的耦合传输线等效宽边耦合代替常规的边隙耦合，可实现强耦合定向耦合器。随着UWB概念的提出，对微波电路与系统提出了新的挑战。本论文的目的是采用合成三维传输线在UWB频带内实现强耦合的定向耦合器。具体的工作包括： 1、提取传输线传播参数：合成三维传输线使用周期性金属化通孔连接两条金属条带，使之等效为均匀传输线。使用商业软件和De—embedding、TL校准、等效谐振腔等方法分析周期性的合成三维传输线，提取该传输线的特征阻抗和传播常数。实验结果验证了方法的正确性和结构的可行性。 2、使用合成传输线设计UWB定向耦合器：分析合成三维带状线，微带线，共面波导(CPW)，加地共面波导和矩形同轴线，及相应的耦合传输线，根据平行耦合线定向耦合器的设计方法分别进行定向耦合器设计。为了覆盖UWB的超宽带，普通的单节1/4波长定向耦合器不再合适，因此采用多节1/4波长或者渐变耦合线定向耦合器。设计出具体的电路并进行实验验证。 3、带通滤波器设计：合成三维结构是一种新型的传输线，可用于设计其他的微波元器件。为了拓展该耦合传输线的使用范围，本论文也进行了平行耦合线带通滤波器的设计。