超透镜天线（Metalens antennas）由于其高增益、剖面低等特点得到广泛关注。但是超透镜天线存在着带宽窄、设计复杂等缺点,限制了超透镜天线的应用范围。本文致力于研究具有宽频带和高增益特性的超透镜天线。本文主要研究内容如下:设计并研究了一款宽带高增益金属超表面透镜天线。根据透镜天线的性能要求,得到阵面的相位补偿特性,将阵面设计为3bit相位分布,从而得到阵面各单元的理想相位曲线。针对阵面不同单元的相位特性,通过使用多种不同的金属贴片结构,利用遗传算法得到尽可能符合理想相位曲线的单元,从而实现宽带效果。与此同时,该单元不同层间没有空气间隔,具有较好的机械稳定性,并得以在低剖面的前提下实现较宽的相位覆盖范围。使用基片集成波导（SIW）技术设计了一款缝隙馈源天线,相比与传统的喇叭馈源,SIW缝隙天线可进一步降低透镜天线整体的剖面。基于上述单元与馈源设计的透射阵天线在74.23 GHz处增益达到23.28 d Bi,其3-d B增益带宽为71.78-80 GHz（10.83%）。相较于馈源天线,超透镜天线的主波束变窄,增益得到极大提高。设计并研究了一款宽带高增益全介质超透镜天线。根据相位补偿原理和超透镜天线的性能要求,得到超透镜的尺寸与相位分布,从而得到不同单元需满足的相位特性。针对不同单元的相位要求,设计一介质柱单元,该单元由方形介质柱和方孔组成。并研究介质柱的高度和方孔的深度对单元相位的影响,从而实现满足要求的不同单元结构。然后,利用上述介质单元组成一个全介质超透镜,使用喇叭天线作为馈源。最后,使用3D打印技术加工出该天线,并在微波暗室中对该天线进行测试。该透镜天线工作在65-90 GHz,测试结果显示,该天线1-d B增益带宽为73.1-90 GHz,整个频段内最高增益在80 GHz达到29.7 d B,与馈源天线相比提高了12.9 d B。整个频带内,最低增益均高于23 d B。口径效率在工作频段均大于20%,在80 GHz时仿真口径效率达到最大值52.55%。在上述研究的基础上,为了进一步提高超透镜天线的增益带宽性能,研究了宽带超透镜天线的设计原理。依据该设计原理,得到阵列的理想的相位分布和单元理想相位曲线。使用遗传算法对上述介质单元进行优化,得到尽可能符合理想相位曲线的单元结构。使用该单元设计一超透镜天线,该天线增益达到29.7 d Bi,1-d B增益带宽达到72.1-114 GHz,与原超透镜天线相比增益带宽大大提高。