对短脉冲时域天线的相关理论和关键技术作了介绍,指出了时域天线在设计思路和分析方法上与传统宽带天线的区别,利用了波形保真度和时域方向图等参数描述时域天线的性能。综合比较国内外现有时域天线的基础上,针对某冲激雷达项目对高峰值功率时域天线的应用需求,成功研制了一种新型有源高功率背腔式阻抗加载时域蝶形天线。本文的研究围绕时域蝶形天线单元及其阵列设计展开,研究内容集中于时域短脉冲时频域分析,时域天线设计的基本理论,新型天线结构及时域天线阵列设计四个方面,主要工作如下:一、时域短脉冲时频域分析及时域天线性能参数引入。通过深入分析高斯和高斯类脉冲信号辐射的基本理论,提炼出时域天线的设计要求,并给出消除辐射信号失真、实现较好阻抗匹配的天线设计思路。通过对超宽带和窄带信号辐射特性的对比分析,掌握辐射或接收过程中脉冲波形产生畸变和振铃的机理以及制约高性能时域天线实现的各种因素,引入相关参数描述时域天线的性能。综合考虑超宽带通信系统对时域天线的性能要求,指出时域天线应当着重研究其在极大阻抗带宽、线性相频响应、高效率辐射以及低剖面小型化等方面的实现问题。二、脉冲源及高功率时域蝶形天线单元研究与设计。一是一体化蝶形天线设计,为了辐射脉宽为1 ns的高斯脉冲信号,提出了馈源和时域天线一体化设计思路,采用CST2010优化天线结构,有效解决蝶形天线降低频和降输入阻抗的困难。二是背腔式阻抗加载蝶形天线设计,为了得到定向的、高保真高功率的辐射信号,除了对天线结构的简单优化外,还进一步探讨了对蝶形天线阻抗加载和加背腔的设计方法,采用CST对天线进行了优化仿真并通过收发天线系统仿真计算出天线的前后比。最后选择性能最优的天线进行实物加工和实验测试,仿真结果与实验结果,如S11,辐射波形等吻合良好,证实了背腔式阻抗加载时域蝶形天线具有辐射波形好、辐射效率高、背向和侧向辐射信号微弱等特点,且结构简单易组阵,满足了项目的指标要求。三、冲激雷达项目中高功率时域蝶形天线阵列研究。为了进一步提高天线的辐射功率和使辐射波形接近零拖尾,采用了最优单元天线组阵的方法。利用CST将单元天线组成m×n的阵列,结合时域天线阵列基本辐射理论,仿真研究其轴向能量高效传输特性、“电场合成”的波束聚焦特性和馈电延迟的波束动态扫描特性。根据项目中天线尺寸的要求,选择最佳单元天线个数及组阵方式,通过对阵元间距的优化,使得辐射波形为准二阶高斯脉冲,电场幅值与拖尾信号幅值比达到10:1,拖尾信号持续时间小于2 ns,前后比远大于10:1,辐射电磁波束时域方向图±25°,并对此阵列天线探测典型目标进行了模拟仿真。