多波束天线能够通过同一辐射口径产生多个不同指向的波束。在很多通信设备中,经常采用由微波透镜作为馈电网络的阵列天线来获得高增益波束和宽角覆盖特性。Rotman透镜是一种基于无源微波透镜的多波束形成网络,具有成本低、可靠性高、设计简单、频带宽、相位误差小、宽角扫描等优点。当对Rotman透镜焦弧曲线上的不同输入端口进行激励时,在透镜的阵列口上将产生具有不同线性相差的微波信号。当不同相位差的微波信号经天线单元向空间中辐射时,将形成不同方向的波阵面,即形成多波束扫描。由于透镜具有真时延特性,所产生的波束指向与频率无关。本文主要研究了基于微带和SIW的Rotman透镜多波束天线,重点对传统Rotman透镜设计方法的改进以及Rotman透镜多波束天线大宽角扫描特性的实现方法进行了研究。首先,通过几何光学法分析了Rotman透镜的工作原理和设计方法,设计了一种工作于X波段的基于Rotman透镜的多波束馈电网络。对该透镜仿真和测试得到的相移量分析可知,将该网络应用于32元直线阵时,可以实现13个波束在±25°范围内的多波束扫描特性。其次,研究了SIW的基本特性及其分析方法,同时为了实现微带线与SIW之间的连接,设计了一种等腰梯形过渡段;针对Rotman透镜输出端口上的幅度和相位在整个频带内波动较大的问题,对微带Rotman透镜的侧壁吸收结构、端口形状等进行了改进;并利用泰勒综合设计了一个中心频点为10GHz的SIW缝隙阵列天线,其H面副瓣电平达到-24.6dB。另外,为了缩减移相段的横向尺寸,设计了一种双层SIW缝隙耦合移相器。最终,由改进型微带Rotman透镜、双层缝隙耦合移相器和10×10SIW缝隙阵构成微带-SIW混合型Rotman透镜多波束天线,其结构紧凑,具有较小的横向尺寸。该天线具有7个波束输入端口,当不同输入端口激励时,天线的E面辐射方向图可以实现最大波束指向为±35°的宽角扫描范围。最后,对工作于S波段和X波段的两种宽带大宽角扫描多波束天线进行了重点研究。使用传统方法设计大相移量Roman透镜时,由于焦弧曲线和阵列内轮廓曲线的长度相差悬殊,所以通过修改透镜的设计参数改进了Rotman透镜在大角度扫描要求下的设计方法,使其在宽频带范围内产生大相移量,并且在整个频带范围内具有良好的幅度和相位一致性。同时,修改设计参数后的透镜网络相比传统设计方法具有小型化的特点。其中S波段Rotman透镜多波束天线中心频点为3.15GHz,天线单元采用宽带印刷偶极子天线,64个单元构成8×8三角栅格阵列。在2.7GHz~3.6GHz范围内,多波束天线的11个波束口均满足VSWR<2,相对阻抗带宽达到28.6%,并且可以实现最大波束指向为±45°的大宽角度扫描范围。X波段的Rotman透镜网络设计方法及结构、阵列天线单元数目及构型等与S波段多波束天线完全相同。只是采用Vivaldi天线作为辐射单元,实现了更宽的阻抗带宽;X波段透镜多波束天线中心频点为9.9GHz,11个波束口满足VSWR<2的相对阻抗带宽接近40%,并在此宽频带范围内,该多波束天线可以实现最大波束指向大于±45°的大宽角度扫描范围。