现代超宽带远距离通信系统要求天线同时具有超宽带与高增益特性,用于满足系统脉冲信号收发对带宽的要求和增加实际传输距离。偶极子天线因具有结构简单、对称性高、后瓣低等优点而被广泛应用,但带宽窄和低增益的劣势限制了其在超宽带远距离通信系统的进一步应用。针对上述问题,本文致力于使用嵌入式超宽带阻抗调控与匹配结构来拓展偶极子天线的阻抗带宽,并采用金属反射式背腔电磁结构控制天线的口径场分布,从而在超宽带频率范围形成稳定的辐射场分布实现定向高增益,经过设计与优化实现了多款超宽带高增益偶极子天线。主要研究工作如下:1、研究了一种利用嵌入式双金属套筒和浴缸形金属背腔来实现超宽带高增益偶极子天线的新方法,并分别用电路模型和辐射场分布分析来解释超宽带阻抗调控与匹配原理和稳定高增益增强机理。仿真结果表明,按上述方法设计的偶极子天线拥有64.8%（4.8-9.4 GHz）的S11-10dB阻抗带宽;且天线在超宽带范围内的平均增益为11.8 dBi,3-dB增益带宽为63%。最后将天线与超宽带馈电巴伦融合并进行加工和测试,实测结果与仿真结果一致,证明此设计方法有效且天线具有应用于超宽带系统的潜力。2、在嵌入式双金属套筒结构的基础上进行了改进,研究了一种带有双通孔的金属椭圆柱嵌入式阻抗调控与匹配结构,并探索和发现了通过分段控制极子直径来拓展偶极子天线阻抗带宽的新方法,然后在阻抗带宽得到拓展的基础上优化了浴缸形金属背腔结构。仿真结果显示,按上述方法设计的偶极子天线S11＜-10 dB的阻抗带宽为115%（4-14.8 GHz）,覆盖了C波段、X波段以及部分Ku波段;天线在4.6 GHz到14.8 GHz频率范围内增益均大于10 dBi,最大增益为16.6 dBi。最后对天线进行加工与测试,实测结果与仿真结果吻合,验证了该天线的实际性能。3、通过采用正交放置的两对带有金属椭圆柱嵌入式阻抗调控与匹配结构的偶极子天线,并应用圆形金属反射式背腔结构,据此设计了一款S11-10dB阻抗带宽为84%（4-9.8 GHz）、平均增益为12.9 dBi的超宽带高增益双极化偶极子天线。最后将天线与超宽带差分馈电巴伦融合,实现了带宽范围内大于45 dB的隔离度。