自从二十世纪五六十年代超宽带雷达系统的概念提出以来,其距离分辨率高、抗干扰能力强、监听/截获概率小等优点立刻吸引了众多研究人员,并取得了系列的研究成果。随着超宽带技术的发展,超宽带天线设计面临着巨大挑战。小型化、高增益已经成为超宽带天线的研究方向。本文主要是针对两种主要的超宽带天线——Vivaldi天线和阿基米德螺旋天线进行了研究设计。首先,本文简要介绍了超宽带技术的历史发展,着重介绍了超宽带雷达系统中的穿墙雷达系统和探地雷达系统,对常见的超宽带天线进行了总结和分类,并判断了其发展趋势。其次,本文介绍了Vivaldi天线的研究背景和意义,并详细总结了其天线的发展现状。从对趾Vivaldi天线的基本结构和辐射机理出发,研究了对趾Vivaldi天线的设计方法,设计了一个对趾Vivaldi天线原型。在此基础上,研究了扼流结构加载对天线性能的影响,设计了扼流Vivaldi天线,制作并测试了扼流Vivaldi天线实物,证明了扼流结构加载这种法在Vivaldi天线小型化设计上的可行性。其次,本文研究了双指数线型对趾Vivaldi天线的辐射机理,设计了双指数线对趾Vivaldi天线原型。通过分析天线原型高频端辐射方向图分裂恶化的原因,总结目前现有的解决方案,提出了渐变介质结构加载的方法,根据其工作原理,设计了带宽更宽、增益更高的渐变介质加载的Vivaldi天线。加工制作了该改进型天线,并对该天线的性能进行了测试,分析测试数据并总结了经验教训。再次,本文研究了阿基米德螺旋天线,从非频变天线的角度简单介绍了阿基米德螺旋天线的超宽带特性,详细分析了阿基米德螺旋天线的工作机理和设计流程,根据这个流程设计了一个简单的阿基米德螺旋天线原型。最后,本文总结已有的阿基米德螺旋天线改进方法,简单比较了其优缺点,根据介质覆盖可以改善天线口径面处幅度、相位不均匀分布的原理,设计了多层介质加载的阿基米德螺旋天线,仿真结果表明了多层介质覆盖的方法可以提高天线增益,验证了该方法的有效性。