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%。

为满足某强电磁脉冲辐射系统对轻小型脱离地面脉冲电源的应用需求，研究了一种微型动态级联爆磁压缩发生器。首先介绍了该发生器的结构参数，然后利用基于等效电路的数值计算模型对该发生器电路参数和输入输出电流进行了模拟计算，最后以蓄电池供电的初始能源为发生器提供初始种子电流，对发生器输出特性进行了爆轰实验。实验结果表明，发生器在1.44 μH电感负载上产生脉冲电流峰值达到49 kA，电流上升时间5.2 μs，能量放大约7.8倍。

为实现对传输线开关振荡器或振荡天线进行快速充电，以提高其耐压能力和产生高频振荡信号的能量效率，本文研制了一种基于Tesla 变压器的电容储能型脉冲驱动源。本文首先介绍该驱动源的工作原理和运行过程，接着利用等效电路方法分析了关键电路参数对负载充电过程的影响，然后介绍该驱动源的具体工程设计，最后介绍该驱动源初步测试结果以及将其应用于变压器油在10 ns 量级脉冲下击穿特性研究的实验情况。实验表明，输出火花开关在中储电容器充电电压为-191 kV 导通时，通过电感对等效电容为15 pF 的传输线充电电压峰值为-224 kV，电压上升时间约10 ns。研究结果表明本文研究的驱动源能够满足对传输线开关振荡器等电容负载进行快速充电至数百kV 高压的应用需求。

为了产生较高中心频率宽带高功率微波,对一种填充变压器油作为绝缘介质的1/4波长开关振荡器进行了研究。首先对这种开关振荡器特性阻抗分布进行了分析; 然后利用静态电场仿真结果和变压器油击穿实验数据,分析了该振荡器的耐压能力; 在此基础上,利用CST软件对其瞬态工作特性进行了仿真,考察了开关间隙击穿位置和间隙电压下降时间对产生阻尼正弦信号的峰值和频率的影响; 最后介绍了该振荡器以一种方向系数为3的短螺旋天线作为辐射天线的实验测试结果,结果表明,该开关振荡器充电电压上升时间为15 ns时,耐压达到-322 kV,产生宽带高功率微波中心频率约360 MHz,3 dB带宽约22%,辐射因子170 kV。

为了满足宽带高功率微波辐射系统紧凑化的需求，设计了一个口径面尺寸为20 cm×20 cm的电-磁振子组合型天线，采用三维全波电磁场仿真，得到该天线在0.3~1.7 GHz 带宽内的驻波比小于3，且在此带宽内天线增益均大于2。仿真分析了该天线结构的尺寸、电流环长度以及天线开口角度对电-磁振子组合型天线阻抗带宽和增益的影响。在此基础上，给天线馈入峰值为226 kV的宽带信号，仿真得到天线的最大辐射因子为150 kV，等效峰值功率为358.8 MW，辐射效率约70.6%。仿真结果表明：组合振子天线能够满足宽带高功率微波的辐射要求，同时满足辐射系统紧凑化和高辐射效率的要求。

应用Pspice仿真软件建立了一个爆磁压缩发生器模拟装置的等效电路模型，分析了电路中各元件参数对爆磁压缩发生器模拟装置输出电流波形的影响，并根据电路中高压脉冲电容器充电电压的不同优化了四组回路参数。应用灰色关联度分析方法，分析了爆磁压缩发生器模拟装置分别在这四组参数情况下的输出电流波形与被模拟的爆磁压缩发生器输出电流波形的曲线相似度，并对工程上实现该模拟装置存在的问题进行了分析。另外，还对爆磁压缩发生器模拟装置通过脉冲变压器对脉冲形成线充电进行了仿真。结果表明，此方案在理论上可以实现对爆磁压缩发生器输出电流波形上升阶段的准确模拟。

以单锥天线和螺旋天线作为开关振荡器辐射天线为例，采用等效电路模型和商业电磁仿真软件，分别对天线末端电压振荡信号和辐射电场脉冲进行了研究。研究结果表明: 采用行波天线或者电长度与振荡器一致的振子天线作为辐射天线，都能够产生中心频率与振荡器本征频率一致的电磁脉冲信号; 但采用振子天线时，振荡信号持续时间较短(Q值较低)，频谱上能量较分散，带宽较宽，而采用行波天线则脉冲持续时间较长(Q值较高)，频谱上能量较集中，带宽较窄。

通过对以电容器替代爆磁压缩发生器的系统等效电路进行理论分析, 对影响这种调制电路性能的关键问题及其解决方法进行了讨论。根据理论分析结果对调制电路进行了设计。在初步实验中, 当用于去除电爆炸丝上附加电压的撬断开关保持断开时, 变压器原边电流切断不彻底, 电容负载上充电电压峰值为-264 kV; 保持其他电路参数不变, 而使撬断开关在电爆炸断路开关断开过程中闭合时, 变压器原边电流切断彻底, 在相同负载上充电电压峰值为-374 kV。实验结果验证了理论分析结果, 并证明了采用这种调制电路能够实现爆磁压缩发生器与高阻抗负载匹配。

根据等效电路模型，建立了单级螺线管型爆磁压缩发生器运行期间的电路方程，得到了回路电流表达式。采用0维电路模型计算电路参数，得到了电感和电阻计算公式。根据等效电路方程和电路参数计算公式，编写了一套计算编码，计算发生器充电过程和运行过程中发生器电路参数、内部电压、输出电流和能量、导线电导率和温度等参数的变化。与实验数据对比表明，该计算模型能准确预测单级螺线管型爆磁压缩发生器性能，对发生器的设计具有实际意义。