龙伯透镜天线是一种球对称分层的介质天线,因其自身球对称结构和良好的天线性能被广泛应用于卫星通信、雷达、电子对抗等领域。本文针对分层龙伯透镜天线开展了相关的研究工作,主要内容包括:本文首先介绍了龙伯透镜天线的基本工作原理,简述了理想龙伯透镜天线的几何光学特性。针对实际龙伯透镜天线球对称分层结构,本文详细阐述了利用矢量球面波函数展开法分析分层龙伯透镜辐射特性的具体原理和推导过程,数值计算结果与商业电磁软件FEKO仿真结果吻合良好,为本文的研究和具体的工程应用打下了良好的基础。其次,本文研究了龙伯透镜天线的两种传统分层方法,并指出了其弊端。为提高透镜天线的辐射效率,本文采用了高性能的圆对称辐射馈源,利用差分进化优化算法(DEA)结合矢量球面波函数展开法(VSWE)对透镜进行优化设计,实现了用尽量少的层数达到最优化效率的目的。针对全球龙伯透镜不易安装和剖面尺寸偏大的一些缺点,本文将全球龙伯透镜天线的优化结果运用到半球透镜天线中去,在不降低天线增益的同时又达到了安装方便和降低天线纵向尺寸的目的。此外,本文也系统地研究了介电常数公差、馈源焦距等因素对龙伯透镜天线辐射特性的影响,为指导龙伯透镜天线的设计和调试提供了有力的工具。最后,针对龙伯透镜天线卫星跟踪的实际应用,本文还提出了一种切实可行的多波束龙伯透镜天线跟踪系统初步方案,具有较高的工程应用价值。本文从理论分析、优化设计、天线公差分析以及跟踪系统等多方面对高性能龙伯透镜天线作了较为全面的研究,具有较为实用的工程应用价值。