近年来，随着脉冲功率技术的发展，亚纳秒级甚至是皮秒级电场脉冲的产生得以实现，使得超宽带技术在国防军事和国民经济领域得到了广泛的应用。在超宽带技术的应用中，超宽带电场脉冲的辐射涉及到超宽带脉冲辐射天线技术，因为超宽带电场脉冲具有极宽的带宽，传统天线不能够满足无失真辐射的要求，因此，用于超宽带电场脉冲辐射和接收的超宽带脉冲天线需要满足在数十个倍频程内具有平坦的频率响应、较好的方向性、承受高峰值脉冲功率不被击穿的能力和具有较小的时域旁瓣和后瓣等性能参数要求等。作为超宽带系统的核心组成部分，超宽带脉冲天线的性能决定了整个超宽带系统的性能，因此，超宽带脉冲天线的研究具有非常重要的意义。脉冲功率技术在生物医学工程领域的应用主要分为生物医疗和生物成像，是电气工程与生物医学交叉学科领域的研究前沿和热点。在生物医疗方面，已有的研究表明：高强度皮秒电场脉冲靶向聚焦于肿瘤组织，可以在皮秒电场脉冲的作用下诱导肿瘤细胞凋亡，从而实现肿瘤的无创治疗。该方法与传统的癌症治疗方法相比具有选择性、靶向性且能够有效处理肿瘤细胞等优点，而无创治疗技术实现的关键就在于冲激脉冲辐射天线的合理设计和实现，本文设计了一种可以用于无创治疗的椭球型冲激脉冲辐射天线，尺寸大小约为120mm×120mm×105mm，根据数值仿真结果可知，该天线具有稳定的方向图特性，匹配阻抗为50欧姆，电压驻波比在3.1-10.6GHz频带内都小于2，增益稳定。在此基础上对该天线在生物工程中无创治疗的实际情况进行了进一步分析，得出：如果利用该天线将脉冲信号聚焦于生物体组织内时，由于电磁场折反射的存在，无法形成有效的聚焦；为了解决这一问题，本文提出了在椭球型冲激脉冲辐射天线内部填充与生物组织相对介电常数相近的耦合介质和使用分层介质透镜两种方法以实现脉冲在生物组织内的有效聚焦，并通过仿真进行了验证；而生物成像技术也是目前超宽带技术发展和研究的热点之一，该技术能够以非常直观的方式向人们展示人体内部结构形态或功能，已经成为疾病预防、临床诊断和医学研究中不可或缺的有效工具，具有非常广阔的研究前景。与传统的成像技术相比，微波成像技术具有成像精度高、使用费用低、可重复检测等优点，而微波成像技术的性能在一定程度上取决于用于收发窄电场脉冲的辐射天线和接收天线的性能。因此，本文设计了一种用于生物成像的结构简单、工作原理简单、成本低且性能优秀的新型超宽带脉冲天线——Valentine天线，这是一种行波天线，工作于300MHz-3GHz，在数值分析软件中的Valentine天线的时域特性进行了仿真分析；同时根据该天线在实际应用中的馈电需要，设计了一种能够使其满足TEM同轴电缆馈电需要的转接头结构，并在转接头与Valentine天线匹配的情况下对该结构进行了仿真分析，验证了其匹配后的性能（方向图、增益和VSWR）能够满足设计需要。