随着无线通信系统的蓬勃发展,微波低频段的频谱资源日趋拥挤,系统间相互干扰也日益严重。毫米波段具有丰富的频谱资源,使得未来通信系统高容量高速率信息传输成为可能。但毫米波频段大气传输损耗严重,受雨雾影响衰减较大,为了解决这一问题,通常需要天线对辐射能量有较强的聚焦能力。空馈阵列天线继承了空气耦合馈电天线以及微带阵列天线的优点,能够灵活的对馈源天线辐射的电磁波进行调制,具有聚焦能力强、馈电简单、设计灵活等优势,逐渐受到研究者的广泛关注。本论文以透射型空馈阵列天线为主要研究对象,针对透射阵天线的低剖面设计、共形设计以及双向辐射特性展开了研究,同时对透射阵的近场焦斑调控问题进行了详细的讨论,开展了大量研究工作。本文主要研究内容与创新点如下:1、提出了一种低剖面透射阵天线设计方法。分别基于平面介质移相结构、金属通孔加载的双层移相结构以及多种FSS组合的双层移相结构等对低剖面移相表面进行设计,并将其直接加载在剖面减缩喇叭口径面上,实现了紧凑型透射阵天线的设计。仿真与实验结果表明,与相同口径的标准增益喇叭天线相比,所设计的透射阵天线剖面缩减量分别为42.3%,45.9%和50.7%,而辐射增益却达到了与前者相当的水平。2、提出了一种新颖的高增益透射-反射阵列天线设计方法。首先提出了基于稀疏阵列方法的透射-反射阵列天线设计方法,将透射、反射单元集成在同一个阵列中,通过多种群遗传算法对阵列进行优化,实现了双向波束的独立调节。随后基于多层FSS技术设计了调幅调相单元,研发了一款同极化透射-反射阵列天线,透射/反射波束指向为0?/170?,实现了21.4/24.4d Bi的峰值增益和6.7%/9.3%的1-d B增益带宽;最后,提出了一种具有极化旋转特性的调幅调相单元,研发了一款异极化透射-反射阵列天线,透射/反射波束分别实现了24.1/24.0d Bi的峰值增益和16.2%/13.1%的1-d B增益带宽。文献调研表明,这也是稀疏阵列方法首次在空馈阵列天线中的应用。3、提出了一种高增益宽带宽角扫描共形透射阵天线设计方法。首先分析了单焦凹柱面共形透射阵天线波束扫描存在局限性的原因,随后提出了双焦凹柱面共形透射阵天线设计方法,实现了25.8d Bi的峰值增益以及±30?波束扫描范围,最大增益衰减量仅为1.0d B;为进一步拓宽波束扫描范围,研发了双焦凸柱面共形透射阵天线,波束扫描范围达到了±70?,最大增益波动仅为4.5d B。4、提出了一种基于频率扫描的焦点轴向可调透射阵天线。首先针对近场聚焦透射阵天线频扫特性进行了理论分析,讨论了透射阵尺寸参数对频扫特性的影响,随后设计了一款宽带透射阵天线,在24～36GHz频带内,近场聚焦点轴向扫描范围为z=59mm到z=197mm。5、提出了一种近场赋形高效设计方法,并基于透射阵天线进行了验证。首先对近场赋形问题进行建模处理,引入Powell’s Dog-Leg（DL）非线性优化算法对该问题进行优化设计,针对幅相同时优化、仅相位优化两种情况进行了讨论,随后建立了近场赋形问题的设计流程。进一步的,提出了辐射近场区域内二维平面、三维空间赋形问题的优化方法,开展了多项仿真实验,验证了算法的有效性和鲁棒性;最后,设计了平顶波束以及多点聚焦赋形透射阵天线,并开展了相关实验,实验与仿真结果实现了良好的吻合。