皮秒脉冲电场(picosecond pulsed electric field,psPEF)具有精确的时间分辨率和良好的空间分辨率(毫米级),且在传播过程中,波形不易发生畸变;同时,当作用于病灶处的psPEF达到一定的作用阈值时,便可诱导细胞产生相应的生物电效应。基于此,可将psPEF匹配冲激脉冲辐射天线(IRA,Impulse Radiated Antenna)应用于生物医疗领域,以实现无创定位聚焦进而实现肿瘤、神经疾病等的治疗。对于生物组织而言,可将其大体分为介电特性较均匀的组织和介电特性复杂的组织。为尽可能提升靶点处场强,实现可能的作用效果,本文从冲激脉冲辐射天线IRA的角度着手,着眼于两种类型的生物组织,有针对性的设计出一款应用于脑部的介质加载天线和一款应用于乳房组织的超宽带天线阵列。首先,针对介电结构复杂的人脑模型,本文分析了V-conical天线的直线型、指数型、二次函数型等三种板间距变换模式在人脑中的辐射特性,并探讨了不同介质加载参数对天线性能的改进效果,最终设计出一款板间距变化为二次函数型,加载介质相对介电常数为20的改进型V-conical介质加载天线,在CST Microwave Studio电磁仿真软件中进行仿真分析,当激励源采用幅值为1V,上升沿为120ps的高斯脉冲时,在脑内2cm处聚焦场强为13.6V/m,阻抗带宽为2.51GHz-5GHz。并对其进行加工,开展硬件测试,与仿真结果对比验证了设计的可行性。其次,为减小电磁波传播至天线口面的相位差并降低反射损耗,本文基于在电磁波波程较短部位加载介电常数更大的材料以增加波程的思路,设计了两种天线结构优化方式,改善了天线的近场辐射性能。同时对外部影响参数的研究发现,介电特性复杂的组织对激励脉冲上升沿具有选择性,同时组织电导率越高,电磁波越难穿透。最后,针对介电结构简单的乳房组织,结合椭球型反射面天线性质,提出将天线的反射面与馈电结构同时叠加组阵的思路,在满足了靶点处电磁波的时间和空间一致性的基础上,以矢量叠加的方式大幅度提高了靶点处电场强度,同时减小了焦斑尺寸,增强其定位性。当施加脉冲幅值为1V,上升沿为120ps时,单天线元在靶点处的聚焦场强为24.05V/m,焦斑尺寸为12mm×8mm×8mm;八元天线阵列在靶点处的聚焦场强为68.56V/m,焦斑尺寸为5mm×8mm×8mm。