波束波导传输短毫米波具有损耗低、频带宽、易维护等诸多优点。近年来,随着我国在深空探测、气象测量和卫星遥感领域的迅猛发展,短毫米波高增益低旁瓣天线的需求增大,因此波束波导天线的研究和设计具有重要意义。本学位论文所做的工作包括:首先结合高斯束腰和辐射方向图快速设计了3mm波段的波纹圆锥喇叭,并采用模式匹配法进行分析,结果表明该喇叭满足设计需要。考虑到加工成本,设计了电性能优良且高斯基模耦合效率较高的双模圆锥喇叭,加工实物的测试结果与仿真结果非常吻合,该喇叭将作为W波段波束波导天线系统的高斯馈源。其次采用高斯波束法设计平面镜、抛物面镜和椭球镜波束波导,研究了平面镜尺寸对出射方向图的影响,理论验证了波束波导的宽频带特性。在此基础上,设计了满足课题需求的波束波导。为了实时快速宽频带测试波束波导的散射参数,提出在波束波导终端加载匹配镜的测试方法。考虑到实际应用,分析了波束波导对形面精度的要求。最后为实现频率复用,设计了线栅极化分离器和栅板圆极化器。设计的双栅板圆极化器在23dB波束宽度内轴比小于1dB。然后研究了偏置卡塞格伦天线四个独立参数对电性能的影响,设计了满足性能指标要求的偏置卡塞格伦天线。考虑到功率容量问题,提出一种单抛物镜波束波导馈电的新型偏置近场卡塞格伦天线,仿真表明该天线还具备高极化纯度和低副瓣特性。