频率选择表面（Frequency Selective Surface,FSS）,是由若干单元按照周期或准周期排布构成的阵列结构,对不同工作频率、极化状态和入射角度的空间电磁波具有选择与调控功能。凭借灵活的电磁波调控能力和独特的物理特性,FSS已经被广泛应用于设计微波和太赫兹器件和天线。其中,由FSS构建而成的透射阵天线,在实现定向辐射以及波束控制、扫描和赋形等方面表现优异,对于降低天线系统复杂度、提升设计自由度等发挥着至关重要的作用。然而,传统二维FSS通常工作于单模状态,这导致基于其构建的聚焦阵天线通常带宽较窄、剖面较高。不仅如此,目前聚焦阵天线缺乏精准设计方法,其设计效率相对低下。为了解决这些问题,本文系统地研究了一类新型的三维频率选择结构（3D Frequency Selective Structure,3D-FSS）,建立了精准的等效电路模型并形成了综合设计方法。随后,将3D-FSS应用于设计透射阵天线,高效地设计了两款新型透射阵天线,具体研究内容如下:（1）分别从单元和阵列的角度对透射阵性能指标进行了分析,并给出了单波束透射阵天线的设计流程。针对多波束透射阵天线的设计,利用并行粒子群优化算法（Particle Swarm Optimization,PSO）对透射阵阵面单元分布进行优化设计,改善了采用传统直接综合法得到的透射阵天线辐射性能不足（如副瓣高、主瓣辐射增益低等）,得到更理想的辐射性能,在方向图的理论计算中达到了-30 dB的旁瓣抑制。由于引入了并行PSO算法模型,比传统PSO算法模型缩减了87.8%的优化时间。（2）针对基于传统FSS构建的透射阵中存在剖面高的缺点,利用3D-FSS单元对透射阵进行设计。首先利用等效电路模型分析了满足通带内360°移相值所需要的滤波响应阶数,并以此为指标,提出了基于串联槽线的3D-FSS单元。其在实现相对带宽为67.5%四阶带通滤波响应的同时,可以提供466.5°的透射相位值变化,且剖面仅有0.213λ0。随后,设计了基于串联槽线3D-FSS的透射阵天线,在8.4 GHz处实现了23.7 dB的高增益辐射性能,口径效率为49%,3 dB增益带宽为18%,并且带内辐射方向图随频率变化稳定。（3）针对基于传统FSS构建的透射阵中存在带宽窄的缺点,提出了基于耦合级联槽线的3D-FSS,并构建透射阵。该3D-FSS不仅可提供相对带宽为90%的五阶带通滤波响应,且各周期单元在工作频率处透射幅度接近0 dB。随后,设计了基于级联槽线3D-FSS的透射阵天线,进行了实物的加工测试。测试结果表面该天线实现了73%的3 dB增益带宽,在4.8 GHz实现了22.93 dB的峰值增益,口径效率为46.8%,带内辐射方向图随频率变化稳定。