随着微波、毫米波技术的飞速发展,现代雷达、通讯系统对天线提出了更高的要求。因此,具有宽频带,高增益,小型化等特点的天线受到了极大的关注。而在这其中,平面透镜天线由于具有剖面小,高增益,原理简单等特点,近些年来,受到了越来越多研究者的关注。本论文着眼于研究平面透镜天线的设计和应用,包括设计高增益透镜天线和波束赋形透镜天线等。此外,与透镜天线在技术上相类似的反射阵天线,因具有低损耗,易控制等特点,广泛应用于各个领域;同时,反射阵列不考虑插入损耗而相对透镜阵列更易于设计。因此,论文将反射阵天线也作为研究内容之一,并作为透镜天线设计的基础。论文所做工作如下。首先,论文简要介绍了透镜天线和反射阵天线的应用背景,以及波束方向图综合的一些主要方法。同时,作为分析问题的基础,论文还介绍了透镜天线的几何光学理论和对应的天线设计中的相位补偿理论。接着,论文分析了一种基于多谐振共形环的平面反射阵单元。通过改变反射阵单元的结构尺寸,使得单元的相位变化范围超过900°,并得到较为平缓的相移曲线,从而实现对单元进行0~360°的灵活控制。基于此多谐振共形环单元,以及锥角喇叭天线馈源,设计了一种应用于X频段的高增益平面反射阵天线。进一步,论文引入遗传算法,并且结合脚本语言Python和HFSS的对外接口进行阵列优化和联合仿真,使平面反射阵天线的增益较非优化设计提高了1dB。然后,本论文研究了一种基于H面喇叭的平面介质透镜天线。通过调节天线口径面上的插入相位,设计出由不同相对介电常数材料构成的介质透镜,使H面3dB波束宽度由70°变为5.1°,实现预期效果。并在透镜前后加入介质匹配层,改善了透镜天线的回波损耗。最后,综合以上理论,根据广义折射率定律以及折射角控制射线的方法,设计了具有ISO波束的平面透镜天线。利用多层三角介质贴片结构,该结构在较小损耗下满足了所需的相移变化范围。并基于此结构,设计了在-30°~30°之间具有ISO波束的波束赋形透镜天线。