本文研究具有宽带和高增益特性的超透镜天线。超透镜天线包括馈源和超透镜两部分,其中的超透镜由大量的透射单元组成。以相位补偿原理为理论依据,主要研究了宽带超透镜天线的设计方法,超透镜单元的相位特性和它们在超透镜上的分布特点。主要研究内容包括:研究了宽带平面超透镜天线的工作原理、理论依据以及设计方法。首先分析了传统透镜天线的工作机理,然后基于相位补偿原理,讨论了平面超透镜天线的结构特性、离散相位分布特性,并研究了广义斯奈尔定律,阐述了这种离散相位的产生机理。在毫米波波段提出了基于相位补偿技术的宽带超透镜天线模型。首先根据相位补偿原理,对所设计的超透镜阵面进行3 bit的相位区域划分,并确定每个区域的相位。随后根据宽带阵列的相位要求,利用多层混合金属结构,设计8个单元,实现了相位覆盖2π的特性。接着对单元的位置进行了优化分布,设计了由17×17单元组成的透射阵。将设计好的透射阵加载到馈源上进行仿真分析,仿真结果表明,所设计的超透镜天线阻抗带宽为50-79 GHz（45%）,在工作频段内,超透镜将馈源天线的增益约提高了6 d B,最高增益为25.3 d B（71GHz）,此时的口径效率为42%,3-d B增益带宽为25%。对所设计的宽带超透镜天线进行加工测试,在测试频段范围内天线的增益曲线与仿真结果趋势基本一致。研究了电磁极化转换超表面在高增益超透镜天线中的应用。首先研究极化偏转表面的特点,介绍了极化调控的原理以及分析方法,还分析了线极化偏转电磁超表面单元的结构特点,然后利用多层结构设计了反射式线极化偏转器。该极化偏转器对y极化入射的电磁波在反射模式下实现了90°的极化方向偏转,其极化调控带宽为52%,且极化转换率超过了98%。然后,依据相位补偿原理,设计了一款具有极化偏转功能的超透镜天线,依据阵面相位分布特点设计相应的线极化转换透射单元,并利用这些单元组成透射阵。还设计了利用波导馈电的贴片天线作为超透镜的馈源,该天线在57-80 GHz内的增益为7-9 d B。接着将透射阵加载到馈源天线上,最终结果表明,加载透镜后,馈源天线在60-80 GHz内,增益约提高了10 d B,并且馈源天线方向图得到了很大的改善。