随着极化信号处理技术的发展和推广，双极化天线的设计问题越来越引起人们的重视。在微波频段，Vivaldi天线属于宽频带的开槽天线，且制作简单、易于馈电和集成，在超宽带技术等方面有很多应用；应用于在短波波段的高频地波雷达，其天线的小型化和干扰抑制是人们研究的热点。为解决实际工作中的极化信号处理问题，本文分别针对微波波段和短波波段不同类型的双极化宽带天线及其阵列进行了研究。本文设计出一种Vivaldi天线单元并制作出了实物，进行了测试；同时，探究了短波波段中水平辅助天线和垂直极化接收天线的小型化问题。本文的具体的研究工作如下：在分析了国内外研究现状的基础上，本文研究了天线的相关理论和宽带天线的特点，介绍了Vivaldi发展过程和分类，分析了该天线在不同种阶段的特点和优劣，并总结了该天线的几种常用的馈电方式。最终设计了一种对踵的Vivaldi天线单元并制作出了实物，测试结果表明：天线在3GHz—13GHz的频带内大部分范围内（90%以上）满足VSWR小于2，其增益和极化特性基本满足设计指标。针对短波波段的高频地波雷达接收天线中的垂直极化天线，本文尝试进行了小型化的研究，同时还基于波束指向的角度对单极子天线的方案进行了设计，给出了仿真结果，提出了合理的建议；针对短波波段的水平辅助天线，提出了螺旋天线的设想，进行了建模、仿真，初步证明方案在理论上可行。最后，对微波波段的天线单元组阵以期实现双极化，对短波接收天线阵列进行了仿真，研究其特性。对不同阵列形式天线阵的性能进行了探究和总结。