作为脉冲星观测、星际分子谱线研究等天文活动的研究工具,射电望远镜对其系统中反射面天线的性能需求与日俱增。在新疆奇台县110 m大口径全可动射电望远镜（Qi Tai Telescope,QTT）的建设需求背景下,本文以实现宽带、高口径效率以及高品质因数G/Tsys值的反射面天线设计为目标,从宽带高性能喇叭馈源技术出发,围绕对称主焦式与标准格里高利反射面系统的馈源设计问题,针对最佳馈源远区场辐射特性、介质加载四脊喇叭天线、传输线巴仑、变张角多模喇叭天线以及正交模耦合器等五个方面进行了深入研究,主要工作及研究成果总结如下:1.研究了对称主焦式、标准格里高利系统的理想馈源远区场辐射特性。以反射面天线焦面场匹配和几何光学分析两种手段,分别对这两类反射面系统的理想馈源口径电场分布以及远区场辐射方向图特性进行了推导与计算;在QTT反射面系统的规划构架下,解析了对称主焦式反射面天线实现100%照射效率的馈源远区辐射电场方向图,并结合几种可以实现反射面天线高照射效率、低副瓣电平的馈源远区场增益方向图的实例,给出了20 cm波段馈源的设计原则;推导了可实现标准格里高利天线良好焦面场匹配的馈源口径电场表达式,并结合由几何光学分析方法得出的实例,给出了Q波段馈源的设计原则。所得的理想馈源设计原则为相关设计提供了研究方向与理论基础。2.研制了超宽带内具有近似恒定波束宽度特性的介质加载四脊喇叭天线。建立了四脊喇叭天线结构参数与带内反射系数、远区场辐射特性之间的制约关系;研究了加载的介质棒对天线远区场辐射特性的影响;采用了相对介电常数由内向外递减的多层介质棒加载策略,实现了超宽带内具有相对稳定波束宽度的天线设计;三层介质加载四脊喇叭天线样机的测试与仿真结果吻合度较高,其稳定的波束宽度特性表明了该天线适合用作QTT 20 cm波段反射面系统的馈源;四层介质加载四脊喇叭天线设计在反射特性、远区场辐射方向图E面与H面的等化特性以及等效相位中心的稳定性等方面均以有效手段进行了改良。3.提出了一种基于新型反相结构的超宽带传输线巴仑。针对双面平行带线（Double-Side Parallel Strip Line,DSPSL）导体交换式的传输线巴仑,提出了一种基于90°电场旋转过渡结构的超宽带反相器设计,用以改善巴仑两个平衡输出端口之间的相位不平衡度和幅度不平衡度特性;解析了传输线巴仑结构参数与反射系数、平衡端口间隔离度的制约关系,并给出了一般设计方法。该巴仑样机的测试与数值计算结果具有高度一致性,表明该巴仑可以为20 cm波段馈源的高性能差分馈电手段提供支持。4.研制了宽带内辐射方向图E面、D面和H面具有良好等化特性的变张角多模喇叭天线。以具有旋转轴对称辐射方向图的馈源设计为目标,分析了圆锥喇叭天线口径场各模式对远区总辐射场的贡献量,选择了合适的空间因子取值范围来降低由“3模综合法”带来的近似误差;在指定边缘照射电平情况下,解出了天线具备辐射方向图E面和H面等化特性所需的口径场模比系数分布,建立了天线各结构与模比系数的对应关系,并优化得到了Q波段设计。5.提出了一种基于多节阻抗变换结构的小型化鳍线型正交模耦合器（Ortho-mode Transducer,OMT）设计,并以模块化设计方法研制了一款高性能十字转门型OMT。为了满足馈源组对于器件小型化的需求,提出了将切比雪夫阻抗分布用于鳍线型OMT中双脊/阶梯型波导多节阻抗变换器的设计方法,高效地利用有限空间实现了良好的阻抗匹配特性。为了满足馈源组对于器件高性能的需求,以模块化处理的方式,分别优化得到了十字转门型OMT的各个低反射组件,并组装得到了最终的高性能设计。样机的测试结果表明,鳍线型OMT在Q波段内具有低反射、高隔离度与结构紧凑的特点,而十字转门型OMT则在该频段内具备低反射、低插入损耗和高隔离度的特性。6.分析了介质加载四脊喇叭天线与变张角多模喇叭天线在相应反射面系统中的性能表现。将以上两个天线分别用作馈源后,QTT的对称主焦式反射面天线与标准格里高利天线均在各自频段实现了高口径效率、高G/Tsys值以及低副瓣电平特性。本文以上内容从馈源的宽带匹配、辐射方向图控制技术出发,旨在实现高口径效率、高G/Tsys值的反射面天线设计,为下一代高效率、高灵敏度射电天文接收系统的发展作出努力。