微波输能,是将电转换成微波以辐射方式进行传输的一种输能方式。和其它无线输能方式（电磁耦合、电磁共振以及激光）相比,微波输能适合从低功率到高功率、从近距离到远距离的能量传输,因此具有更大的灵活性和发展前景。为了提高微波输能系统的性能,本论文从两方面着手进行研究。一方面,通过研究非衍射波束或聚焦波束的产生,使电磁波通过空间传播到达目标处能实现能量不扩散,从而提高电磁波空间传输效率;另一方面,通过提高整流天线的性能,输出更多的直流能量来提高微波输能系统的性能。本论文的主要工作如下:在提高电磁波空间能量传输性能方面,为避免收发天线周围的电介质体与电场的相互耦合作用影响电磁能量的空间传输效率,首先研究了横电波模式的磁场贝塞尔天线。采用对偶原理,基于横磁波模式的电场贝塞尔天线,率先提出了一种微波频段的磁场贝塞尔天线结构。然后,通过推导出阻抗表面结构的阻抗值,并建立色散方程,提出了一种栅格型感性阻抗表面结构用于该天线,使其能产生特定波数的贝塞尔波。设计了两种中心馈电结构,分别是模拟扁平卷绕线圈的螺旋线圈和模拟理想环线圈的半环馈电+电磁超材料结构,使天线能辐射出低旁瓣、均匀分布的磁场贝塞尔波束。这些工作,为进一步实现非衍射电磁能量传输提供了基础。接下来,对聚焦波束产生的物理机制进行了研究。通过分析内向传播的零阶汉克尔波函数(H₀^（1）)的聚焦特性,提出了一种漏波天线——内向传播零阶汉克尔漏波（Inward-propagating Zeroth-order Hankel Leaky Wave,IZHLW）天线,用来产生聚焦波束。为了去除H₀^（1）波的固有奇点,先后采用损耗材料吸收器和高阻抗表面结构,消除了拖尾,实现了性能良好的聚焦波束。通过这项工作,提出了一种全新的聚焦波束产生方法及其天线结构设计方法,具有极大的理论和应用创新价值。在提高整流天线性能方面,本论文研究了能同时接收更多频率电磁波的双频整流天线,以及能够改变工作模式、应用于不同场景的可重构整流天线。首先提出了一种双频率整流天线。将L型开路枝节应用于整流电路,从而使整流天线在两个频率同时实现了较高的整流转换效率。接着,研究了几种不同的可重构整流天线,包括频率可重构整流天线和极化可重构整流天线。通过同时在接收天线和整流电路中采用可重构技术,解决了在接收不同频率/极化电磁波时,整流电路与接收天线的匹配问题,从而使整流天线在不同模式都能实现较高的整流转换效率。为进一步拓宽整流天线的应用场景,提出了一种多功能的频率可重构双端口整流天线,两个端口可分别用于整流或通信,且两端口既可以同时工作,也可以分别工作,工作频率可以相同,也可以不同。最后,研究了微波能量传输系统的传输效率。基于阻抗共轭匹配和模式匹配理论,对非衍射近场微波输能系统的传输性能进行了简单分析。研究了近场范围内非衍射发射天线和接收天线相互之间的耦合关系,提出了近场微波输能系统的等效电路,并研究了近场微波输能系统的传输效率。总之,本论文研究了微波输能系统的发射、传输、接收和能量转换部分,分析了非衍射波束和聚焦波束的近场特性,及整流天线的辐射特性和整流特性,研究了几种非衍射天线、聚焦天线及高性能整流天线的设计,提出了近场微波输能系统的基本分析模型。希望本论文的工作,能为高性能微波输能系统的研究提供有价值的理论支持,从而推进微波输能系统的进一步发展。