介质透镜天线因其良好的天线聚焦性能、高增益、多波束扫描以及低成本等优点被广泛应用于遥测遥感、宇航通信、舰艇通信、卫星通讯以及5G通信等领域。随着通信等行业的快速发展,越来越多的应用场景要求多波束天线具备宽角波束扫描的能力。本文针对透镜天线的超宽角扫描技术以及设计和实现过程中的关键技术开展了相关的研究工作,主要内容包括:首先,本文阐述了透镜天线技术,尤其是龙伯透镜天线技术的研究背景和应用场景,并回顾透镜天线的发展历程和最新研究动态。其次,介绍了透镜天线以及龙伯透镜天线的基本原理,基于几何光学理论对透镜天线以及龙伯透镜天线进行原理分析。通过公式推导分析变换光学以及准保角变换光学理论的原理,并介绍了透镜设计和加工过程中所需要的等效媒质理论,以实现低介电常数介质的等效替代。第三,开展对超宽角扫描、低剖面多波束平板透镜天线技术的研究。运用变换光学和准保角变换理论对柱面龙伯透镜进行压缩,设计一款变形龙伯透镜,该透镜具备与柱面龙伯透镜相同的功能且可使用直线馈源阵列进行馈电。应用变形龙伯透镜设计了一款工作在K/Ka波段,直线阵列馈电的超宽角扫描平板透镜天线。该天线在方位面实现了-63°~63°的宽角扫描范围(相邻波束3dB交叠)。在中心频点天线最大增益大于16dBi,且波束扫描到最大角度时增益下降小于3.3dB。第四,设计了一款工作在7.7GHz~8.2GHz频带半空间波束覆盖的圆极化龙伯透镜天线,该天线能够实现在俯仰面-79°~79°范围内的波束扫描(相邻波束3dB交叠),且方位面360°全向扫描,在增益大于11dBi的条件下实现了上半空间的波束全覆盖。在设计过程中,对馈源天线小型化,阵列优化,以及基于等效媒质理论的等效介质龙伯透镜设计等关键技术进行研究。最后,介绍了半空间波束覆盖的圆极化龙伯透镜天线的加工方法和测试方法。馈源天线采用多层PCB工艺加工,尺寸小,结构紧凑。透镜和固定支架采用3D打印技术加工,相比于传统的机械加工方法,3D打印技术具有成本低,加工时间短等优点。组装并测试天线样机,测试结果与仿真结果吻合,显示良好的天线性能。