在微波领域中,不同的应用背景通常对天线的方向图和波束提出不同的要求。本论文基于谱域格林函数、惠更斯等效原理、漏波和绕射机理结合HFSS外挂优化器、商用仿真软件等工具利用平面覆层对天线的方向图和波束进行调控,以此研发了一些性能优越的平面覆层天线,它们可以满足许多微波系统对天线的多种需求。本论文的研究内容概括如下:1.基于谱域格林函数的介质覆层天线方向图综合:（1）对于给定谐振频点的双层均匀介质覆层双频谐振腔天线,基于谐振腔理论的传统设计方法既不灵活、也不方便。针对这一问题,引入基于谱域格林函数的方向图综合方法来设计该天线,其优化时间至少减少两个数量级。（2）针对优化所得相对介电系数（εr）难以实现的问题,研究打孔介质和均匀介质在谱域的等效,并将基于谱格林函数的均匀介质覆层天线方向图综合拓宽到打孔介质覆层天线,显著减小计算量。在此基础上设计并加工了低副瓣且EH面波束等化的打孔介质覆层天线,与卫星通信反射器的其他馈电天线相比,该天线结构简单、性能优越。（3）天线的增益损失可利用低噪放来弥补,但其方向图却较难控制、且微带阵很难同时获得窄波束和低副瓣。基于此背景,提出了有耗介质覆层微带阵并进行鲁棒性设计,与无耗介质覆层微带阵相比,通过损失5.6 d B的增益可将其谐振频点的SLL由-30.4d B降低至-35.6 d B;该天线具有窄波束,且在1.6%工作带宽内SLL均低于-32.3 d B。2.基于漏波和边缘绕射的平面覆层天线波束调控:（1）商用PCB基材是常用的均匀介质覆层,但其厚度和εr均受限;针对该问题,提出了利用3D打印支撑介质结合周期金属柱的线超材料,研究线超材料和均匀介质在谱域的等效,并设计和加工了线超材料谐振腔天线;线超材料和3D打印的打孔介质分别可以替代较高和较低εr的均匀介质,两者联合则几乎可以替代任意厚度和εr的均匀介质。（2）将谐振腔天线的口径减小至λ0以下时,覆层不再提高馈电天线的增益;针对该现象,引入HFSS外挂优化器进行优化,并首次设计和加工了高性能均匀介质覆层电小天线;该天线的口径仅为0.5λ0,而覆层将馈电天线的增益提高了3.8 d B;（3）对于宽角扫描高增益相控线阵,其阵元在扫描维和非扫描维分别需要宽波束和窄波束。针对此需求,提出了利用均匀介质覆层这一简单措施来解决。实测结果显示,利用均匀介质覆层可将相控线阵在±43°扫描范围内的增益均提高3.5 d B以上。3.基于天线阵空间馈电的透射阵天线波束调控:针对透镜偏焦波束电扫方案中馈电天线相位中心连续移动的难点,提出了子阵重叠切换的一维线阵,基于惠更斯等效原理产生可以连续移动的虚点源;该线阵具有移相器数目少、低成本、波束控制简单等优点,其空馈透射阵时不仅可实现波束连续电扫、还可降低剖面;在此基础上设计并加工一个双极化透射阵天线,其工作频段和扫描范围分别为5.3-5.9 GHz和±30°。此外,对于平面阵空馈透射阵天线,其低剖面和高增益相冲突;针对该问题,提出了利用均匀介质覆层改善平面阵对透射阵的照射,令透射阵天线在相同剖面下增益提高2.25 d B。4.利用平面覆层进行锥状波束裁剪:针对“动中通”锥状波束天线宽覆盖范围和高增益相冲突的问题,提出利用均匀介质覆层来裁剪锥状波束,使锥状波束天线有可能通过简单方法寻求高增益和宽覆盖之间较好的折中;此外,还提出了利用蚀刻金属圆环的介质覆层使锥状波束分裂以获得双指向的锥状波束。