设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET)的高压开关组件。通过串联20只1 kV的RF MOSFET单元电路, 获得耐压 10 kV以上的高速、高重复频率的开关组件。开展了高压开关组件的结构设计和 1 kV的RF MOSFET单元电路设计及散热设计。利用开关组件进行了10 kV脉冲源实验装置设计, 测试结果发现脉冲前沿较仿真结果变缓。

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的高压脉冲电源。该发生器采用多只MOSFET的串联技术, 形成高压、高重复频率开关组件。用高压开关组件开展脉冲发生器设计, 搭建了一个15只1 kV的高速MOSFET串联的脉冲发生器实验装置, 在500 Ω负载上获得前沿小于5 ns、幅度大于10 kV、脉宽约100 ns, 瞬态频率达400 kHz的高压脉冲。设计的高压开关组件结构紧凑, 可靠性高, 可应用于多种脉冲发生器。

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式，串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关，在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲，再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成，在200 Ω负载上输出了幅度20 kV，重复频率20 kHz，脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构，对实验装置建立仿真模型，阐述了输出波形畸变的原因，给出了影响输出脉冲波形特性的因素，为下一步优化波形工作提供了理论参考。

通过对国内外瞬时多脉冲产生技术的调研, 结合超宽谱脉冲的特点, 开展脉冲分割方式产生超宽谱多脉冲、形成线串联方式产生超宽谱多脉冲、多脉冲合成方式产生超宽谱多脉冲的技术研究, 确定利用形成线串联方式产生超宽谱多脉冲的技术路线；对充电时间和开关电容等对产生多脉冲的影响因素进行分析和实验研究, 改进了四脉冲形成线充电方式, 完成超宽谱四脉冲产生实验装置的设计, 在负载上获得瞬时超宽谱多脉冲, 脉冲数4个, 脉冲宽度3.5 ns, 输出脉冲之间的间隔小于10 ns。

利用能量较低的脉冲激光二极管, 在较高场强下触发GaAs光导开关, 使其工作于雪崩模式, 从而产生纳秒上升前沿的快脉冲电压。GaAs光导开关采用垂直体结构设计, 芯片厚度为2 mm, 电极形状分别为圆环和圆面, 触发光脉冲从圆环穿过。快脉冲产生由同轴Blumlein脉冲形成线完成。对基于GaAs光导开关的同轴Blumlein脉冲线进行了模拟仿真和实验, 当充电电压超过8 kV(40 kV/cm)后, 开关开始了雪崩工作模式。当充电电压约为15 kV(75 kV/cm)时, 在50 Ω负载上获得了约11 kV的脉冲电压, 实验波形与仿真波形一致。对开关抖动进行了测试, 其测试结果显示开关充电电压对抖动影响很大, 随着开关偏压增加, 开关抖动减小, 开关获得了最小抖动约700 ps。

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统，系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100 kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线，形成线输出脉冲幅度35 kV，脉冲半宽60 ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制，与高功率匹配负载相连时，实验得到了峰峰值31 kV、中心频率308 MHz、3 dB带宽为13%的射频振荡脉冲; 与组合振子天线相连时，实验得到了中心频率380 MHz、3 dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。

设计了一种双频带的高功率宽谱平面倒F天线。在矩形贴片上开L形槽实现天线双频辐射。采用圆锥过渡实现同轴馈线到平板之间的宽带阻抗匹配；通过折叠振子电容加载和合理增加天线高度和宽度实现天线宽带设计。经过优化设计，实现了274 MHz和680 MHz的双频输出，反射系数S11不超过-6 dB的低频带宽和高频带宽分别达到14.6%和20.1%。天线的低频和高频增益分别达到4.4 dB和4.6 dB，对应辐射效率分别达到98%和99%。主辐射方向上的低频和高频远场辐射场与距离乘积与馈入宽带脉冲幅度比值分别为1.07和1.14。对天线的高功率容量进行了设计，将天线置于充0.2 MPa压力SF6气体的增强尼龙箱体中，天线可承受200 MW宽谱高功率微波。

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为.根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30 kV时获得了频率303 MHz、峰峰值不小于40 kV的高压射频脉冲输出.

为了探索短电脉冲产生高功率微波技术,采用理论和粒子模拟方法分析了短电脉冲(脉宽不大于30 ns)驱动S波段相对论扩展互作用腔振荡器(REICO)产生高功率宽谱的技术可行性,开展了原理性的实验验证.采用Marx发生器产生的前沿15 ns、后沿30 ns、电压560 kV、束流2.8 kA的类三角形电子束脉冲激励REICO,模拟产生了410 MW、脉宽8 ns、相对瞬时带宽2.7%的微波,实验输出了160 MW、脉宽10 ns、中心频率2.75 GHz、瞬时相对带宽2.8%的高功率微波.