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随着探地雷达的出现和广泛使用，作为探地雷达组成部分之一的天线，人们希望它具有超宽带特性、良好的方向性、较高的辐射效率和对工作环境较强的适应能力。这使得对探地雷达天线及其在特定工作环境下的应用研究成为理论和工程应用中都具有重要意义的课题。本文密切结合探地雷达系统设计与研发，从数值仿真和实验的角度详细研究了终端加载金属线状结构超宽带天线特性、探地雷达侧射波的提取方法和车载条件下阵列天线的设计方法。
本文基于Gedney完全吸收边界层(Gedney PML)和软激励源设置方法，编制了三维时域有限差分(FDTD)法计算程序，并用于超宽带(UWB)天线的仿真、设计和优化。应用该程序研究了探地雷达天线的辐射特性、阻抗特性、天线表面电流密度、近场分布和有效辐射曲线，并以常用蝶形bow-Tie天线为例，通过与文献报道的仿真结果比较，验证了该程序具有良好的精度与实用性。
根据对常规bow-Tie天线表面电流密度的分析，本文研究了一种终端加载金属线状结构超宽带天线设计方法，应用FDTD方法对该天线模型进行了仿真和优化设计。研究了该天线在自由空间的辐射特性。在与天线相关的终端加载阻抗、介质参数、天线张角和天线距离地面的高度、激励脉冲宽度等参数发生变化的条件下，对天线的辐射特性、输入阻抗、有效辐射曲线、近场分布和电压驻波比(VSWR)等特性进行了仿真分析，仿真结果与实验测试结果吻合良好，证实了本文给出的终端加载金属线状结构超宽带天线设计方法的合理性。
本文提出了在频域中提取探地雷达旁瓣辐射回波的算法。该算法从频域角度出发，根据旁瓣辐射回波占总接收波形的比例，将频域旁瓣辐射回波分量提取出来，经过逆傅里叶(Fourier)变换得到时域中该波形。设计制做了一对中心频率为500MHz的bow-Tie天线，并对其用中心频率为2.5GHz的高斯脉冲进行激励，产生明显的旁瓣辐射回波，应用本文提出的算法对该波形进行了提取。通过实验测量验证了本文所给算法的有效性。
在分析了收发天线分别位于车辆前后对B—scan成像的影响的基础上，本文推导了介质中的双站雷达方程，结合Chebyshev阵列设计方法和具体物理模型的尺寸，分析了具体几何结构对阵列设计的影响，并根据接收机灵敏度和发射功率确定了主瓣增益。根据该设计方法，计算各阵元激励电流的幅度，得到5元Chebyshev边射阵，给出了阵列综合后的阵方向图，达到设计要求。