透镜天线如图所示。透镜是一种能通过电磁波而其折射系数不等于1的三维结构。点源或线源发出的球面波或柱面波经过透镜可以变换成平面波，从而得到笔形或扇形波束。透镜的折射系数可能是位置的函数，透镜的形状决定其口面场分布。

透镜天线

透镜可以用折射系数大于1的自然介质制成，也可以是由金属栅网或金属片等组成的人工介质结构（或）。，式中为光速，为介质中的相速。大于1的透镜称为减速透镜，小于1的透镜称为加速透镜。当透镜正反两面都是折射面时，称为双面透镜；当只有照射面是折射面时，称为单面透镜。

由光学引入的透镜，因其原理概念清楚，一些新型天线（如单脉冲雷达天线）在发展的初期常用透镜作为阐述工作原理的模型，但透镜的固有缺点是笨重、介质老化和界面反射会引入损耗等，因而实用的透镜天线很少。例如，龙勃透镜的折射系数按变化，式中为球的半径，为球内任一点离球心的距离。当平面波入射透镜上时，经透镜而被聚焦到与此平面波前垂直的直径的另一端。因此，在这一点放置一馈源就能在球天线口面上形成平面波。只要在球面上移动馈源就能使波束作360°扫描。龙勃透镜由于制造困难，除加一反射帽用作目标外，实用甚少。

能把输入场分布变为所需场分布的结构，也被称作透镜。例如，输入面与输出面分别由数目相等的辐射单元组成的阵列，对应单元用传输线连接。各传输线的长度按输出口面场分布要求来确定。也可在各传输线中接入移相器，从而得到相控扫描。再如把E面扇形喇叭中部的H面尺寸做成有些上凸使得扇形中间这部分波的相速变慢，从而在口面同相。这种空气透镜在第二次世界大战时曾用于机械电扫描的福斯特扫描器上，目前仍在使用。

透镜天线的方向图和阻抗等频带特性，除与馈源特性、透镜形状等有关外，还与透镜折射系数的频率响应有关。在减速透镜中，波长的变化对折射系数影响很小，但在加速透镜（金属板透镜）中，与的关系密切，，因而频带较窄，只有百分之几。由TEM传输线组成的透镜中，与频率无关，频带由其他因素决定。