衍射是电磁波在空间传播过程中的普遍现象，它限制了电磁波能量定向定域传播的能力。准无衍射波束能在一定区域内避免衍射扩展的影响，以实现电磁波的定向定域传播，在无线输能、太赫兹空间波导、近场探测、微波加热医疗、近场保密通信等领域，有着十分重要的应用。但是，目前准无衍射波束天线的研究尚处于起步阶段，存在理论分析尚不完备、评价标准尚待统一、工作频率低、带宽窄、无衍射距离短、波束指向无法调控等问题，准无衍射波束天线还有大量值得研究亟待解决的问题。本文基于准无衍射波束理论，主要研究微波以上频段特别是毫米波频段的宽带大景深准无衍射波束的生成、调控与扫描。具体研究工作归纳如下：
　　针对目前准无衍射波束带宽定义尚不完善的问题，提出了景深带宽和焦斑带宽两种宽带准无衍射波束天线带宽的评价标准。针对正轴准无衍射波束天线频段低、带宽窄、景深浅的不足，提出了一种毫米波频段宽带色散补偿移相表面单元，具备在天线工作频段内全口径面上的色散补偿能力。建立了宽带大景深准无衍射波束天线模型并完成实验研究，在毫米波频段实现14%的相对带宽和最远的归一化景深。
　　针对准无衍射波束指向调控的应用需求，研究偏轴准无衍射波束天线。分析了偏轴宽带大景深准无衍射波束的口径场分布，建立了波束赋形方法及其数学模型，基于近场数值计算方法验证了该模型的准确性。针对宽带宽角波束调控与扫描的应用需要,提出了一种宽带宽角色散补偿移相表面，其蜂窝状密布的拓扑结构能有效增大波束扫描角，其六边形多谐振单元能有效实现带内色散补偿，在实现波束大角度偏轴的同时保证频带内波束稳定性。建立了偏轴宽带大景深准无衍射波束天线模型及其设计准则，并完成实验研究，生成了俯仰角0°~60°内精确可调，景深精确可控的偏轴准无衍射波束。
　　针对准无衍射波束二维扫描的应用需求，研究机械旋转式准无衍射波束二维扫描天线。提出了可生成准无衍射波束并实现波束扫描的近场Risley棱镜天线数学模型及设计准则。基于近场数值计算方法对数学模型进行了仿真验证，证明了该模型的准确性和有效性，开展了误差分析并评估其对准无衍射波束的影响。采用双层宽带宽角色散补偿移相表面作为波前调控表面以实现准无衍射波束的二维扫描。最后进行实验验证，实现了准无衍射波束在俯仰角0°~60°，方位角0°~360°范围内的前半空间二维扫描。
　　针对机械旋转式准无衍射波束二维扫描天线扫描速度慢，景深和焦斑大小不可变，波束赋形不灵活，旋转伺服机构功耗大可靠性低的弊端，提出了一种新型宽带宽角高速可编程数字电磁表面，完成了馈电、控制、实时编码一体化集成，用以实现准无衍射波束的电控高速扫描。提出了数字电磁表面口径场相位分布离散化的优化方法，能有效提升天线增益或增大波束景深。设计制作了包含400个可编程电磁表面单元的样品天线并进行实验验证，可编程数字电磁表面采用标准四层印刷电路板(PCB)工艺，整体功耗小于10W，整体剖面厚度小于5mm，波束扫描频次可达40000次/秒。该数字电磁表面采用在线编程技术，波束的指向、景深和焦斑大小都可实时动态调控。实验表明，该天线的相对带宽达33%，基本实现X波段全覆盖，波束在俯仰角0°~60°，方位角0°~360°的范围内实现二维扫描。