脉冲功率技术的重要发展方向是高功率密度、紧凑小型化和高稳定可靠。液体介质由于具有绝缘强度高、易流动、快恢复、散热性好等方面的特点，广泛应用于脉冲形成线型紧凑小型脉冲功率源的电容储能器件作为储能介质。主要围绕紧凑小型脉冲功率源ARC系列的技术难题，开展了关键技术、系统研发及其工程应用等方面的工作。首先，提出了基于液体介质和慢波结构的形成线，采用场均匀和绝缘配合技术，研制出紧凑小型脉冲功率源ARC-01和ARC-02，输出功率1～2 GW、脉冲宽度5～30 ns、重复频率1～100 Hz，紧凑化水平较国际先进同类装置最多提高了2倍。之后，以凑小型脉冲功率源为核心搭建液体介质击穿测试平台，针对变压器油、蓖麻油、甘油、碳酸丙烯酯等常见液体介质，开展了微秒脉冲击穿特性研究，采用统计分析方法建立了数据库，以“小成本”换取“高可靠性”；并采用超高速光学诊断方法，将击穿瞬间流注、冲击波、亚微观断裂面产生、传播、截止过程与张力理论结合，建立了液体介质击穿物理模型。最后，成功将紧凑小型脉冲功率源应用于驱动宽带/窄带微波产生、碳纤维阴极稳定性及寿命测试。

紧凑宽带高功率微波源研制过程中, 为了提高工作电压, 开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段, 采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后, 对该宽带高功率微波源进行了实验研究, 并对辐射场进行了测量。结果表明：开关振荡器的工作电压超过300 kV, 辐射场rE值（距离和辐射电场峰值的乘积）达到125 kV; 辐射场中心振荡频率为375 MHz, 3 dB带宽为24%。

高功率微波的研究正在向高重复频率发展，目前已运行每年百万炮次或以上的水平，由此导致的电子束轫致辐射产生的X射线剂量已不可忽视，为了人员安全必须采取屏蔽措施。采用BEAMnrc程序，用蒙特卡罗方法仿真了环状束高功率微波源收集极的射线产生情况，典型输入束流参数为电压1 MV，电流10 kA，脉宽100 ns，重复频率100 Hz。仿真结果给出了X射线的谱分布和空间分布。据此估算了屏蔽X射线所需的墙壁衰减量。同时估算了X射线的天空散射因素以及房顶所需的衰减量。

讨论了低阻抗脉冲形成线中测量充电电压所用电容分压器的标定方案，提出了采用外部并联电感来补偿较大的形成线电容负载的方法。由于低阻形成线的电容负载影响，使用脉宽较短方波发生器易导致波形缺乏平顶，使用输出电压较低正弦波发生器导致信噪比不高。采用合适数值的外部电感，可以实现与形成线电容的并联谐振，此时整体阻抗最大，可以使用普通放大器提高正弦波电压，且不产生失真。该方法可应用于微秒尺度低阻形成线电容分压器的在线标定。

通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器.这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电.通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较.结果表明:理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性.同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸.

采用紧凑Tesla变压器型脉冲功率驱动源及球电极击穿试件，通过改变初级充电电压，开展了微秒级充电条件下碳酸丙烯酯及其与碳酸乙烯酯的混合液的击穿实验研究。由结果和分析可知：碳酸丙烯酯理论工作温度可低至-55 ℃，这意味着它可以成为一种低温下的良好液体电介质；碳酸丙烯酯耐压性能与去离子水相当，且实测电阻率达到了10 MΩ·cm以上；向碳酸丙烯酯中添加碳酸乙烯酯后，介电常数可提高至80以上，耐压强度也有所提升；将碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯/碳酸丙烯酯混合液用于脉冲形成线作为储能介质无需附加去离子处理系统，有利于装置的紧凑化和小型化。

对紫外预电离技术在气体开关方面的影响进行原理研究，分析并实验验证电容并联的横向辅助电极对主开关进行紫外预电离的可行性。辅助电极击穿释放紫外光，通过光电效应在主开关表面产生初始电子，以减小主开关的击穿电压离散度。预电离效果与辅助电极击穿导通电流的峰值强度、辅助电极两端的电压以及预电离储能电容有关，优化这些参数可以提高光照强度来增强预电离效果。实验结果表明：当主开关内部充满氮气、分压电容为pF量级时，距离主电极15 cm远的横向辅助电极可以产生预电离效应。在此基础上，提出一种新型的横向型电容自耦式紫外预电离开关的设计。