无源毫米波成像技术在人体隐匿武器探测、场景监控、精确制导、飞机自动着陆和汽车防撞等领域中具有广泛的应用前景。在无源毫米波成像技术的各种方案中,基于透镜聚集的焦平面阵列凝视成像体制较其它体制在原理和结构上相对简单,可以在不引入任何扫描机构的情况下对动态目标实现实时成像,是当前无源毫米波成像的主要方案之一。多波束透镜天线位于信号采集的最前端,由介质透镜天线和馈源接收阵组成,其作用是产生覆盖一定视场的均匀多波束。波束的均匀性将对几何失真、辐射失真、空间分辨率、辐射动态范围等成像的关键技术指标产生直接影响,进而影响成像系统整体性能。本文内容围绕多波束介质透镜天线的研究与设计而展开,主要工作包括:1)对角锥喇叭、圆锥喇叭、波纹喇叭和介质加载角锥喇叭等喇叭天线进行了基本的理论分析并进行了相应的实例设计和仿真。通过对不同喇叭天线的对比分析,选定了透镜天线的馈源形式。2)对bifocal透镜及其分区形式的设计进行了全面的理论分析,编写了完整的设计程序。对bifocal透镜天线的多波束性能进行了仿真验证。3)基于射线追踪法及snell折射定律求解了bifocal透镜的焦面曲线,为馈源的偏焦及馈源阵的排布提供了理论支持。4)研究了采用HFSS仿真方向图数据,编程计算喇叭天线相位中心的方法。对喇叭接收阵(线阵)单元间的互耦进行了仿真分析。5)联合使用HFSS和FEKO软件完成了对设计的电大尺寸透镜天线的整体仿真。对研制的多波束透镜天线样品进行了外场测试并对测试结果进行了分析。本论文致力于多波束天线设计及仿真方法的研究,研究成果有利于成像系统整体性能的提高。同时,对多波束透镜天线样品的测试也将为后续的研究与实验积累经验。