透镜天线作为一种高增益天线在毫米波频段有着广泛的应用。传统介质透镜存在尺寸大、重量重的不足,一种有效的解决方案是菲涅尔分层透镜技术,这种透镜在满足出射面相移同时能有效减小透镜厚度。超表面电磁材料作为一种新型人工电磁材料,具有重量轻、厚度薄、电磁参数可调等优点,基于超表面电磁材料实现的菲涅尔分层透镜具有高增益、低旁瓣、低剖面的优势,同时又具有一定的波束扫描能力。本文研究在35 GHz利用超表面实现电磁透镜天线。具体工作包括:1.研究了两种超表面单元的透射性能,分别为闭环超表面单元与开环超表面单元。分析了它们在不同极化方向入射与斜入射下的情况,并优化确定了超表面单元的结构参数,使透射损耗最小,可调相移范围最大。2.在超表面电磁透镜设计中,单元透射幅度与相移不能同时满足所有菲涅尔次波带的要求,本文比较了两种妥协方案,即只保证透射幅度或只保证透射相移,通过对比这两种方案下的电磁透镜性能,最终发现保证透射相移更为关键。3.利用闭环与开环超表面单元分别设计两种电磁透镜天线,并采用喇叭天线和介质棒天线作为馈源,对电磁透镜天线性能进行分析对比。4.选择喇叭天线馈源与闭环单元超表面电磁透镜进行加工测试。透镜口径D = 125 mm,焦径比 f/D = 0.8,测试结果透镜天线增益为26.4dB,口径效率25.4%,波束宽度5.5°,与仿真结果十分吻合。