毫米波成像系统中的准光路系统性能直接关系到毫米波成像系统的优劣,是毫米波成像研究中的重点。本文主要从系统设计的角度研究了毫米波成像中的准光学技术,将其分为系统参数设计、多波束聚焦元件设计及天线排布和扫描方式三部分。其中系统参数设计是准光路系统设计的基础,以确定准光路系统框架,并对各准光学器件设计提出指标要求;多波束聚焦元件能大大提高系统空间分辨率,提升成像质量,并决定系统工作范围和视域范围;天线排布和扫描关系到成像系统的空间采样率和成像速度,三者需要综合研究才能获得最佳准光路系统匹配效果,最大程度地发挥各准光学器件的作用以提升毫米波成像系统性能。本文在研究和总结的基础上确定了毫米波成像准光学技术的研究范围;比较了几种常见的准光路设计方法特点,并提出了一种基于高斯波束法设计和计算准光路系统参数的准光学设计流程;综合比较了几种多波束聚焦元件的性能,研究了多波束聚焦元件的设计,提出了一种基于系统参数的几何光学法设计双曲形介质透镜方法并通过仿真验证了其有效性;对各种天线排布与扫描方式进行了比较,给出了三种解决空间采样率与溢出效率间的矛盾的天线排布方式,得出了不同扫描方式需要特定的天线排布方式与之适应的结论,并采用双排交错排布的小截面介质杆天线结合平板扫描的方式成像。实际加工制作了多波束聚焦透镜,并通过实验验证了所设计的准光路系统在8mm波段具有3cm的空间分辨率,视域宽度为60cm,成像速率可达2Hz,符合毫米波成像要求;针对系统理论设计与实验误差分析了误差原因并研究了透镜的容差性能;最后将该准光路系统应用到毫米波成像系统中,获得了良好的毫米波图像,说明了系统性设计方法的有效性,对工程实际应用具有实用意义。