在无线电通信飞速发展的情况下,系统的天线和馈电结构也要相应地更新换代,所以宽频带、高增益、小型化的天线受到了越来越多研究者的关注。本文主要对透镜天线设计进行了详细的研究,进行了曲面透镜、高增益平面透镜、平顶波束赋形透镜天线的设计,同步设计了作为平面透镜天线馈源的喇叭天线。论文主要完成了以下内容:首先介绍了论文的研究背景和透镜天线的设计原理。并对透镜天线的相关技术进行了调研:展示了相移表面的工作原理和研究现状;分析了透镜天线设计中的几何光学方法和相位补偿原理。给出了作为透镜天线馈源的喇叭天线的设计方法和步骤。研究设计了一款工作在8-14GHz的喇叭天线,该天线具有均匀的辐射特性,满足了作为透镜天线馈源的需求。以上述内容为基础,研究了一种高增益柱面透镜天线设计方法。设计了采用两层方形金属环和EBG结构的相位延迟结构,增大了单元的相移范围和频带宽度。进一步利用带EBG相位延迟设计了曲面透镜天线。天线中心频率为10GHz,在主方向上最大增益12dB,在9-10.5GHz均具有高增益定向波束,计算结果验证了所采用的相位延迟结构的宽带性能及曲面透镜天线的有效性。讨论了基于广义折射定律的平面透镜天线设计流程,设计了采用空气孔单元和注水单元相结合的相位延迟结构,增大了单元的相移范围。以此为基础,设计了具有高增益波束的透镜天线。天线中心频率为10GHz,相对馈源增益提高了17.2dB,设计结果验证了该类单元结构的相位补偿能力及平面透镜天线的高增益特性。基于广义折射定律和折射角控制方法,利用多层介质贴片单元和相位延迟控制,完成了可实现平顶波束赋形的透镜天线设计。本文所设计的透镜天线可以被应用到通信或其他领域当中。