无载频毫微秒脉冲或冲激脉冲是探地雷达(GPR)和穿墙成像雷达(TWIR)最常用的信号体制。探地雷达已广泛应用于公路、桥梁、隧道和矿井的地质勘探和研究,以及地下管线等各种金属和非金属目标的检测、定位、成像等；穿墙成像雷达因其在灾难救援、反恐等领域的巨大应用潜力已成为超宽带雷达技术领域研究的热点问题之一。时域脉冲体制的超宽带雷达要求天线具有良好的宽带特性和时域特性。本文密切结合国家自然科学基金项目、国家高技术研究发展计划、中科院知识创新工程重要方向性项目、中科院重大科研装备项目、国家探月工程二期有效载荷研制等项目内容的需求,对超宽带时域天线进行了深入的分析和研究,提出并设计了若干类不同结构的时域天线,成功应用于上述各类课题研制的样机或装备中。论文取得的主要工作和创作性成果概括为:　　 (1)基于共面波导(CPW)和共面带状线(CPS)传输理论,研制出超宽带平面巴伦,通过引入切比雪夫多节阻抗变换器和改进使共面波导两地等势的方式,增加了平面巴伦的工作带宽。实验结果和仿真结果吻合良好,并成功应用于实际雷达系统中。　　 (2)根据探地雷达和穿墙成像雷达等项目需求,基于Wu-King阻抗加载理论,分别设计并研制了中心频率不同的时域超宽带天线样机。　　 (3)提出了一种近似椭圆结构的超宽带偶极子天线,通过优化天线臂结构和引入电阻加载,有效地改善了天线的输入阻抗特性,拓宽了天线的带宽。　　 (4)设计了一种带反射腔的半椭圆结构分布阻抗加载的超宽带天线,通过仿真和实验测试研究了天线臂结构、电阻加载方式以及金属反射腔对天线工作性能的影响,完成了一副中心频率为500MHz天线样机的研制。　　 (5)研究了Vivaldi天线的小型化优化设计方法,通过理论分析和优化天线结构参数,设计并研制出面积仅有0.3λl×0.3λl的小型化Vivaldi天线。实测结果表明,该天线的阻抗带宽为1.15GHz～4.5GHz(驻波比不大于2),具有良好的增益和时域特性。　　 (6)结合项目研究和样机系统集成测试需要,开展了时域天线在超宽带雷达系统中的工程应用研究,包括超宽带巴伦、超宽带天线安装位置、馈电线缆长度、天线离开介质界面的距离等因素对天线性能的影响等。