近年来毫米波在通信中的应用越来越广泛,但是为了弥补高频传输路径的传输损耗,需采用高增益波束扫描天线以实现远距离无线通信。常见的高增益扫描天线主要有相控阵天线、透镜天线等。相控阵天线由于成本高昂、功耗过大等问题,在实际应用中受到极大限制;另一方面,平面透镜天线存在扫描范围窄、机械扫描速度慢等缺点,导致系统工作效率低下。本文将相控阵的电扫描性能与透镜天线的高增益特点有机结合,从透镜口径面相位分布、馈源阵列激励系数等方面,对相控馈电透镜天线进行了详细的分析与研究。本文主要的创新工作如下:首先,介绍了相控透镜天线的基本工作原理,并提出了完整的相控透镜天线设计方法。与传统透镜天线的设计不同,本文根据几何光学法(GO),提出了一种分块式多焦点的透镜相位分布设计方法,用于改善透镜天线的扫描性能。同时,本文结合粒子群算法(PSO)给出了适合透镜照射需求的馈源阵列激励系数优化方法。两者共同构成了相控透镜天线的完整设计与优化方法。然后,根据提出的优化方法,用频率选择表面(FSS)透镜单元与背腔微带天线单元设计了两个高增益大角度扫描的相控透镜天线。第一个天线在方位面及俯仰面实现了±30°波束覆盖,法向增益为30.9dBi,扫描损耗低于2.1dB。第二个天线能实现±45°的一维扫描,法向增益为31.1dBi,扫描损耗低于3.1dB。两个天线的焦径比仅为0.28。相比其他透镜天线,本文设计的天线展现出更低的剖面高度、更高的天线增益以及更宽的扫描范围。为了验证设计的正确性,针对第一款天线设计了三个不同扫描角度的馈电网络,并完成加工与实验验证。测试结果与仿真结果吻合良好,验证了本方案的可行性和正确性。最后,针对基站发射天线的应用场景,设计了一款满功率激励的相控透镜天线。该天线以有效全向辐射功率(EIRP)收益为目标,对透镜相位分布采用同心圆随机优化。在满功率激励下,通过控制馈源阵列的激励相位可以实现±15°波束扫描。加工测试结果表明该天线比传统相控阵天线的EIRP有明显的提升,从而显著节省了系统的成本。