随着城市化进程的加快,人们对土地资源的利用率越来越高。土地开发往往需要对地下进行勘测作业,传统的工程钻探虽然能直接获得地下结构等信息,但是不可避免的破坏了土层结构且成本很高。而探地雷达由于其无损、对地成像、能够获取地下整体信息等优势,应用越来越广泛。探地雷达系统发射的是纳秒级窄脉冲,因此需要天线具有超宽带、低振铃、辐射方向性好和高信号保持度等特性。蝶形天线和TEM喇叭天线是常用的两种超宽带探地雷达天线。因此,本文主要对这两种探地雷达天线进行了研究。探地雷达蝶形天线的设计包括三部分,一部分是对传统的蝶形天线进行仿真建模,分析其性能和不足之处;第二部分是对蝶形结构进行优化,通过圆弧化蝶形臂和末端加载延展面改善天线的阻抗特性;第三部分是设计金属屏蔽腔,实现对地单向辐射,提高天线增益和降低外界干扰。最终设计的天线阻抗带宽为0.175～1GHz,相对带宽为140.43%。带宽范围内增益均在3.86d B以上,具有良好的对地均匀辐射特性。探地雷达TEM喇叭天线设计包括平板型TEM喇叭天线和指数渐进型TEM喇叭天线。平板型是对传统TEM喇叭天线的改进,通过圆弧化喇叭臂、末端延展半椭圆平面、电阻加载和添加金属反射板等手段,拓展了天线阻抗带宽,改善了辐射方向性,提高了天线增益。因为无曲面结构,所以设计的天线结构较为简单。最终设计的天线阻抗带宽为0.175～4GHz,相对带宽为183.23%。1.5～4GHz频率范围内,天线增益均大于10d B,且具有良好的对地均匀辐射特性。考虑进一步拓展天线低频性能和优化辐射方向性,继续设计了一款指数渐变型TEM喇叭,通过优化喇叭天线的渐进阻抗线、加载延展平面、电阻加载和馈电口两侧添加金属反射板等措施,设计的天线比平板型最低工作频率更低,电尺寸更小,辐射后瓣更低。天线阻抗带宽为0.125～3.1GHz,最低工作频率降低到了0.125GHz,相对带宽为184.50%。1～3.1GHz频率范围内,天线增益均大于11.2d B,增益较高,且辐射特性更好。使用FEKO电磁仿真软件进行建模、仿真和优化,通过仿真数据对所设计天线进行理论分析,描述了天线的设计方法及工作原理。结果表明,本文所设计的天线适合应用于探地雷达系统中。