随着现代雷达技术的发展，研究的热点转移到如何提高距离分辨率、改善目标识别成像等诸多性能的同时又兼顾提高雷达隐蔽性和抗干扰能力。超宽带技术在雷达目标识别、成像、反隐身及短距离通信等方面得到了广泛关注和应用。时域超宽带天线阵列作为超宽带雷达的重要组成部分，对超宽带雷达的性能起关键作用。本文针对上述问题，以超宽带天线/天线阵列设计及时域波束合成技术的应用为主要研究对象，在深入分析当今超宽带时域天线阵列波束合成、辐射原理及波束扫描原理的基础上，对超宽带天线阵列的时域/频域特性和波束合成特性进行了详尽的讨论和研究。主要内容为：1．研究超宽带天线技术，设计了一款用于搭建超宽带天线阵列的Vivaldi超宽带天线，天线尺寸为420mm×220mm，工作频段为0.25GHz～0.88GHz，设计了平衡-不平衡转换器使天线阻抗与50欧姆同轴线匹配，并对其时域/频域方向图、电流分布、增益等特性参数进行了仿真分析。2．研究超宽带天线阵列波束合成方法，对不同规模的超宽带天线阵列进行了时域/频域的相关仿真分析。通过设置时域探针的方式获得阵列各角度辐射信号波形，从而获得整个阵列的峰峰值方向图。改变天线单元的数量及间距，实现波束的最优化合成及40°的波束偏转。3．研究高精度脉冲信号延时器设计方法，基于现场可编程门阵列(FPGA)及ADI公司的AD9501延时芯片设计并制造了一款延时器。延时范围25ns～35ns，实测延时精度小于100ps，可以为超宽带天线阵列天线单元提供激励信号延时。4．对所设计的超宽带天线阵列进行试验测试。对各天线单元同时激励及延时激励两种情况分别进行了测试和分析。当同时激励各天线单元，测试空间远场处的信号合成情况；对于延时激励，测试偏离阵列轴线方向不同角度的接收信号，通过各接收信号得到整个阵列的峰峰值方向图。将实验结果与仿真结果相互对照，验证了彼此的正确性。