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多波束天线是一种由一个天线口径能合成多个波束的天线，在星间链路通信、数据链通信、星地通信、移动通信等领域有着重要的应用价值。本文分析设计了一种基于恒介电常数球透镜的毫米波多波束天线。由于透镜具有电大尺寸，三维全波分析需要很大的存储空间和很长的计算时间，目前无法在 PC 机上进行计算。考虑到透镜旋转对称这一特性，本文选用BOR-FDTD (旋转体-时域有限差分法)方法对透镜天线进行全波分析，从而可将三维问题化为二维问题分析，显著减少计算机存贮空间和计算时间。本文首先对单馈源时透镜的辐射性能进行分析，通过优化结构参数，找出透镜具有最佳辐射性能时的一组参数组合；然后以单馈源时的结构参数为基础，应用近似等效模型对多馈源时的天线性能进行了预估，两组等效模型的仿真结果显示，多馈源时的辐射方向图基本满足设计的要求。本文最后给出了多波束天线的馈源网络和结构的三维设计图，并给出了系统的整体尺寸。