冲激雷达也称无载波雷达、时域雷达或基带雷达,是超宽带雷达的一种。与传统的窄带雷达相比,冲激雷达具有距离分辨率高、穿透能力强、被截获概率低、反隐身能力强、抗干扰能力强、功耗小、结构简单等一系列优点,被广泛应用于穿墙成像、探地成像、生命医学成像、隐身目标探测等各个领域。本文详细研究了一种典型的超宽带冲激成像雷达系统的硬件组成部分,搭建了一个由超宽带时域天线,宽阻带低通滤波器,阶跃恢复二极管超宽带脉冲发生器和宽带高速等效采样接收机组成的实验平台,进行了短距离目标成像实验,取得了良好的效果。本文的研究内容主要包括如下几个方面:1.研究了超宽带时域天线的性能和参数指标,比较了几种超宽带天线的时域特性。设计了一个带宽0.48GHz-3.9GHz的Vivaldi超宽带天线。使用宽带微带-槽线转换巴伦实现从微带线到槽线的平衡-不平衡转换和阻抗匹配。讨论了不同指数曲线对天线性能的影响,研究了Vivaldi天线的时域和频域特性。最终的仿真与测试结果得到了很好的吻合,并在实验中取得了良好的效果。2.研究了缺陷地结构在微波滤波器中的应用,提出了一种新型的具有两个传输零点的缺陷地结构。与传统的哑铃型缺陷地结构相比,这种新型结构在相同体积下具有选择性更高,阻带更宽等优点,并利用这种新型缺陷地结构设计了一个性能优异的宽阻带低通滤波器,其通带范围为DC-3.25GHz,插损小于0.6dB,阻带衰减在3.75GHz-32GHz范围内大于30dB,矩形系数小于1.15。3.研究了几种具有不同输出功率和带宽的超宽带脉冲发生器。分别是基于射频晶体管的雪崩脉冲发生器,基于雪崩晶体管的Marx脉冲发生器和基于阶跃恢复二极管的超宽带脉冲发生器。其中基于射频晶体管的雪崩脉冲发生器可以在50?负载上输出峰值电压4.2V,脉宽800ps的超宽带脉冲,最大重频5MHz;雪崩晶体管Marx脉冲发生器可以在50?负载上输出幅度1kV,脉宽500ps的超宽带脉冲,最大重频10kHz;阶跃恢复二极管脉冲发生器可以在50?负载上输出幅度12V,脉宽280ps左右的超宽带脉冲,最大重频5MHz。4.研究了等效采样方法在冲激雷达接收机中的应用。讨论了等效采样系统的核心部件-采样保持电路的结构和设计方法。采样保持电路由采样门,选通脉冲发生器和时序控制单元组成。本文分析了几种典型采样门的结构,效率和频率响应特性;讨论了选通脉冲对采样保持电路性能的影响;研究了几种高精度皮秒级步进时钟的实现方法。最后设计了由四管平衡采样门,基于阶跃恢复二极管的双极性脉冲发生器和基于数字可编程延时芯片的步进时钟发生器构成的采样保持电路,并在该采样保持电路的基础上制作了一部带宽为DC-2.2GHz,等效采样率为20Gsps的时域等效采样接收机,输入信号幅度为-1dBFS时信噪比为27.62dB。5.搭建了一个短距离冲激成像雷达实验平台,采用超宽带Vivaldi天线作为收发天线;基于阶跃恢复二极管的皮秒级超宽带脉冲发生器作为发射机;基于缺陷地结构的宽阻带低通滤波器作为接收机前端滤波部分;Hittite公司的宽带低噪声放大器HMC374A作为接收机的射频放大部分;使用时域等效采样接收机对冲激信号进行直接采样接收。利用该实验平台进行了复杂环境下的目标成像,隐藏目标成像和穿墙目标探测等实验,效果良好,达到了预期目标。