随着地质灾害愈发严重,反恐活动愈发困难,人们对地质探测的需求愈发强烈,穿墙雷达TWR(Through Wall Radar)技术在最近几年发展迅速。穿墙雷达系统由三个部分组成:脉冲源、收发天线、采集成像系统。因为冲激体制的雷达是基于时域信号来探测,因此基于冲激体制的超宽带雷达具有穿透能力强,分辨率高等优势特点。冲激体制雷达集众多优点于一身,因此在穿墙、探地、对空反隐身等众多领域发展潜力巨大。目前,由于工作频段较低,冲激体制雷达所需要的时域天线一般存在尺寸很大、辐射效率低,圆极化设计难度高,时域信号保真系数低等诸多问题。对于冲激体制领域来说,设计一款能够很好的应用于时域场合、体积小、效率高、易于工程化的天线极其重要。本文从这难题下手,做了大量的钻研探索工作,设计了几款工程需要的穿墙雷达天线。论文的主要内容如下。首先,简要分析概括了穿墙雷达系统的背景以及实际应用意义,调研了国内外最新的穿墙雷达发展现状。研究和分析了不同时域信号的频谱以及穿透能力,结合最新脉冲源的研发情况、系统体积和冲激体制等实际情况,最终确定了300MHz-800MHz和800MHz-3GHz两个频段作为雷达系统的工作范围,根据此频段,做科研设计工作。其次,对不同频段超宽带天线进行对比分析,确定采用碟形天线以及Vivaldi天线作为穿墙雷达天线的设计方案。参考大量文献,在低频采用改进的蝶形天线作为系统的发射和接收天线,设计出频带0.16GHz-1GHz,相对带宽达到150.87%超宽带天线,实现了电长度0.165λ×0.0896λ的紧凑型结构,是一次良好的小型化结构优化。在高频采用Vivaldi天线作为研究对象,通过电阻加载和结构优化等措施,设计出频带覆盖0.56GHz-3.5GHz,电长度0.201λ×0.151λ的线极化超宽带天线。之后,对天线的圆极化实现方法做了大量的探索研究工作,初步设计出Vivaldi圆极化阵列天线。通过对时域和频域的参数分析,表明其具有良好的性能。最后,对设计的两种天线进行测试,确定其在系统中的实际应用性能,完成设计目标;总结这两款天线的优劣,对穿墙雷达天线的未来发展提出展望。