近年来,随着多波束阵列天线的应用逐渐从多目标跟踪雷达、电子对抗、电子侦查等传统军事领域向高数据率无线通信、汽车防撞雷达、基站等新型民用领域迅猛发展,人们对多波束阵列天线的研究开始进入高性能与低成本同时兼顾的时期。相比于相控阵,多波束形成网络凭其低成本的优势正得到越来越多天线工程师的关注。Rotman透镜是最常用的多波束形成网络,具有宽频带、同时多波束、真时延、设计简单等突出优点。自1963年被提出以来,Rotman透镜已被广泛应用于诸如雷达、卫星、无线通信等军事领域与民用领域。现阶段关于Rotman透镜的研究文献有很多,但是大多集中于Rotman透镜的工程应用方面,而对于Rotman透镜扫描角度小,体积大,阵列方向图副瓣高等自身缺陷的改进研究并不多。因此,对基于Rotman透镜的多波束阵列天线技术开展系统的理论、设计与实验研究,从而充分开发其潜在的技术优势就显得很有必要。本文从Rotman透镜多波束阵列天线的基本原理着手,开展对其小型化、低副瓣、宽角扫描及共形等方面的研究。本文的主要内容如下:首先,本文详细地介绍了Rotman透镜多波束阵列天线的研究背景、国内外研究动态、工作原理及分析方法,并回顾了一些具有代表性的设计;在传统的Rotman透镜设计基础上,针对传统波导型Rotman透镜尾部相位传输线的规模与尺寸过大的问题,本文通过向波导内插入销钉或使用不等宽波导来调相的方法,成功地缩小了波导型Rotman透镜相位传输线的尺寸;先后对两款改进后的Ka波段波导型Rotman透镜多波束阵列天线进行了加工测试,测试结果与仿真结果吻合良好。其次,本文针对传统矩形波导型Rotman透镜阵列口间距受限的缺陷,提出采用单脊波导的形式设计Rotman透镜,减小了透镜阵列口间距,解决了天线阵由于阵因子栅瓣造成的广角副瓣电平过高的问题;同时,本文针对传统Rotman透镜多波束阵列天线方向图副瓣过高的问题,采用了多波束口同时馈电的方式,成功地减小了阵列天线方向图的副瓣电平。最后,本文针对传统Rotman透镜扫描角度小,难于应用于共形阵列的问题,将基片集成波导技术与R-kR透镜(Rotman透镜的特殊形式)技术相结合,设计了一款能大角度扫描的宽带共形多波束阵列天线,并且加工和测试了该款多波束阵列天线,实测数据与软件仿真数据基本一致,证明了设计的正确性。