随着电子科学技术的快速发展,扇形波束天线在医疗成像、移动通信基站、室内局域无线网络等各方面都有着广泛的应用。同时扇形波束毫米波组成的车载、机载防撞天线,作为汽车、小型飞行器安全控制系统的核心组成部件之一,其市场前景越来越广阔。因此研究如何设计高性能的扇形波束天线具有非常重要的意义。本文具体做了以下几个方面的工作:1.在前人研究的基础上,探究了扇形波束天线常见的三种实现方式,对扇形波束抛物面反射天线,介质透镜合成扇形波束天线以及天线阵列组成扇形波束天线阵等三种方法的原理进行分析和归纳,并重点介绍了通过加载透镜的方法来合成我们所需要的扇形波束。同时对扇形波束天线和笔形波束天线的扫描方式进行区分。2.基于变换光学理论研究了电磁超材料在控制电磁波传播方向当中的应用。验证麦克斯韦方程在任何坐标变换过程中的形式不变形,以及基于准保角变换光学方法计算变换介质材料的介电常数和磁导率。最后通过介绍两种由不同介电常数单元组成的变换介质平板透镜和变换介质平凹透镜,分别实现对常规双曲介质透镜和加速型平凹透镜的等效变换,来实现对入射电磁波传播方向的控制。3.基于光学变换理论设计了两种新型的工作于Ku波段的用于合成扇形波束天线的三维结构的直筒-拱形变换介质透镜。通过全波仿真分析,结果显示这两种变换介质透镜都能够在整个Ku波段的频率范围内在远场都能够很好的合成扇形波束,并且很大程度的提高馈源天线的方向性。通过对Ku波段带宽内的波束偏移特性进行仿真分析,结果发现这两个直筒-拱形介质透镜能够在不移动情况下,只要通过小距离的水平偏移位于变换介质透镜焦点的馈源,就能够很方便的控制穿过介质透镜的扇形波束在一定角度内进行全频带无色散、高定向性的快速波束扫描。