地下物质探测及成像的多种技术中,探地雷达技术以其无损性和高效成像特性成为最具竞争力的一种探测方式。天线作为探地雷达系统中不可或缺的一部分,其性能的优劣直接影响系统的探测能力。本论文详细介绍了适合运用于脉冲型探地雷达系统中的天线类型,以及探地雷达天线设计过程中需要考虑的天线基本性能参数如阻抗带宽、增益、方向图、频率特性和振铃效应等。基于广泛调研和理论基础研究,本论文设计了两款探地雷达天线,分别是介质透镜加载的TEM喇叭天线和加载超材料透镜的屏蔽蝶形天线。介质透镜加载的TEM喇叭天线的设计主要分为两部分,一部分是TEM喇叭天线的设计,TEM喇叭天线采用加脊的方式实现了100MHz-2GHz的阻抗带宽。第二部分是介质透镜天线的设计,分析了单透镜和双透镜两种加载形式。双透镜加载TEM喇叭天线增益提升最高,但时域振铃严重。单透镜加载TEM喇叭天线具有260MHz-2GHz的工作带宽,最大增益达17dB,辐射脉冲振铃拖尾小,天线辐射为单向辐射,适合应用于探地雷达系统中。加载超材料透镜的屏蔽蝶形天线的设计主要分为两个方面,一方面为屏蔽蝶形天线的设计,另一方面为超材料透镜的设计。加载电阻的蝶形天线放置于矩形加寄生带线的屏蔽腔中,天线增益最高提升6dB,低频带宽稍有展宽,且实现了单向辐射。超材料透镜加载在屏蔽蝶形天线口径处,天线增益最大提高2dB,且天线高频段方向图副瓣减小。