针对兆伏每米（MV/m）强脉冲电场的测量需求，设计并研制了基于集成光学的共路干涉仪（CPI）小体积宽带脉冲电场传感器。基于电光效应及电光调制原理，建立了传感器的幅度和频率响应传递函数，分析了集成光学探头的接收特性，并推导了探头灵敏度和带宽随波导长度的关系。设计了适用于MV/m量级脉冲电场测量的纯光学非金属CPI传感器，提出了利用晶体宽度对测量灵敏度调控的方法，使得设计的半波电场提高了2倍以上。研制的无源探头体积小于20 mm×10 mm×5 mm、理论带宽大于4 GHz、最大测量幅度大于1.2 MV/m。研制的传感器在高空电磁脉冲（HEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）及脉冲功率等领域具有应用前景。

百kV/cm高场强纳秒脉冲条件下，采用J. C. Martin经验公式估算SF₆气体击穿场强时，估算值与实验结果差异显著。为了进一步指导高场强脉冲气体开关设计，为开关工作状态调节提供依据，借鉴经典击穿场强经验公式形式建立了百kV/cm场强下SF₆气体开关纳秒脉冲击穿场强和时延与实验参数之间的关系，基于实验数据拟合形成了修正系数的击穿场强和时延经验公式。研究表明，百kV/cm场强和纳秒脉冲条件下脉冲电压斜率对开关击穿特性有重要影响，击穿场强与击穿时延相互关联。百ns至μs脉冲与几十ns脉冲气体放电机理的区别引起放电过程中击穿时延组成发生变化，导致了经典击穿场强经验公式估算值与实验结果的显著差异。修正系数的击穿经验公式可为电磁脉冲模拟器输出开关提供更为精确的工程设计依据。

介绍了一种50 kV紧凑型自动化纳秒脉冲源，输出脉冲幅值1～50 kV连续可调，输出前沿约2 ns，脉宽约21 ns，搭配有界波导波天线，可建立满足IEC61000-2-9标准要求的电磁环境。该脉冲源采用电容直流充放电的方法实现输出电压连续可调，通过改变储能电容大小的方法实现输出脉冲脉宽可调。研制了一套远程光控的控制系统实现脉冲源的全自动化运行。该脉冲源可用于绝缘材料击穿特性试验，以及外接导波天线可产生特定的电磁环境等。通过设计和选用更高耐压的储能电容、充电绝缘子等部件，脉冲源可输出更高的电压。

研究了一种自触发紫外预电离开关击穿时延抖动特性的影响因素，结果表明：触发间隙电容放电阶段起预电离作用时，预电离注入时刻开关电场是开关时延抖动的决定性因素，提高工作系数和采用逸出功更低的电极材料对降低开关在脉冲峰值附近击穿时的时延抖动效果有限。提出的改进方法为：减小开关均压电阻阻值，显著延长触发间隙的有效燃弧时间，消除预电离注入时间及抖动的影响。采用改进方法时可以使开关在工作电压300～800 kV、前沿100 ns、180 ns的脉冲峰值附近击穿时的时延抖动分别小于1.3 ns、2.8 ns。

为研究Marx发生器机芯在公路运输条件下的力学环境适应性，基于随机振动理论和有限元分析方法对Marx机芯进行了仿真分析和随机振动试验。首先，建立了八级模块化Marx机芯的有限元动力学仿真模型，模拟确定了机芯的应力集中点；然后，通过振动台运输振动摸底试验修正了有限元模型，对机芯结构进行了优化设计，使Marx机芯整体一阶频率由15.4 Hz提高到19.7 Hz，降低了整机垂向的动力学响应，提高了机芯的力学环境适应性。试验结果表明，Marx发生器结构设计需要重点考虑其在垂直方向的可靠性；振动过程中，机芯整体连接稳定，振动应力集中于机芯与U型支撑杆连接处、支撑杆与支撑板连接的角片处，以及开关连接件处，是结构设计的薄弱环节。

介绍了一台大型垂直极化有界波模拟装置所用中间储能电容器（简称中储电容器）的设计过程和实验结果。电容器采用基于元件和组件的模块化设计，呈锥台状结构，支撑壳体为真空工艺玻璃钢材料。电容器容值由模拟装置等效的二级脉冲压缩回路决定，取值为1.8 nF。电容器内部绝缘介质为十二烷基苯，外部绝缘介质为45#变压器油，设计耐压3 MV，其绝缘长度主要由元件的体绝缘特性决定。采用三维电磁仿真软件估算中储电容器与中储开关构成回路的电感为659 nH，接近于实测数据623 nH。电容器上脉冲电压的测量通过对电容器电流进行积分来获取，而电流的采集采用封装在SF₆气体中的3个膜电阻并联后所构成测量模块实现。实际运行数据表明，中储电容器容值达到设计值，测量探头标定系数稳定，在工作电压3.1 MV条件下未发生绝缘问题。

模态分析可以获得结构的动特性参数。对32级模块化Marx发生器机芯进行了力学特性仿真分析和模态试验，用以评估Marx发生器的力学环境适应性。首先，建立了模块化Marx机芯的有限元模型，获得了初步振型；其次，在自由边界条件下分别开展了Marx机芯整体模态试验、局部模态试验和传递特性试验，得到了整体和局部结构的模态参数。研究表明，模块化Marx机芯在23.58 Hz处出现整体一阶扭转；机芯局部结构固有频率较高；机芯在x，y，z三个方向的振动传递率的范围分别为5～15，6～10和10～35，为后续工程中Marx发生器机芯的针对性设计提供了参考。

氧化铝掺杂环氧树脂复合材料在电力绝缘设备中应用广泛，然而人们对其在纳秒脉冲下的绝缘性能研究较少，这限制了它在指导脉冲功率装置中的应用。为探究其在纳秒脉冲下的沿面绝缘性能，对氧化铝掺杂环氧树脂复合材料在前沿数十ns快脉冲电压下的闪络特性进行了研究，结果显示，其闪络电场较纯环氧有较大提高，闪络电压符合韦伯分布。实验表明，闪络电压随电压上升率的增加而显著增加，从5.8 kV/ns时的108 kV上升到20.5 kV/ns时的226 kV，增幅超过1倍。闪络时延随电压上升率的上升呈现“先快速下降、后趋于平缓”的趋势。在试样闪络通道表面观测到明显的碳化现象，说明实验中的闪络放电对复合材料有破坏性影响。

比较了末端收拢和均匀拉线的双锥-平面线栅水平极化辐射波模拟器辐射场的分布规律，讨论了拉线根数和收拢组数对辐射场的影响。结果表明，双锥中心正下方测点辐射场基本不受线栅结构变化的影响。对于其他位置，两种结构的模拟器各有特点：拉线根数相同时，末端均匀拉线的模拟器可令辐射场强提高约5%～20%，但前沿会变慢10%左右；末端收拢的模拟器场强幅值相对较低，但具有较快的前沿，并且架设相对容易。增加拉线根数和收拢组数有利于提高辐射场强，但场强增加的幅度逐渐减小。拉线根数由24增加到96时前沿可加快约10%，半宽变化不大。增加收拢组数会使前沿变慢。综合辐射场变化规律及施工难易程度，可令末端均匀拉线模拟器的拉线根数取48，此时对收拢结构的天线，可令收拢组数取16。

将基于MPI平台的并行时域有限差分(FDTD)方法与基于完全磁导体(PMC)镜像法相结合，并结合CST模拟软件，模拟给出分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲(EMP)的外泄场(包括侧泄场和后泄场)的分布规律。模拟结果与实验结果符合得很好。研究表明：在高度方向上，地面附近的外泄场峰值最大，但远离模拟器时，在1.5 m高的高度范围内，外泄场的峰值差别不大；不管采用何种双指数脉冲源，距离模拟器边缘位置比较近的测点在传输线段的侧泄场的幅值大于分布式负载段侧泄场的幅值，且两者都大于分布式负载末端的后泄场幅值，但随着测点与模拟器边缘的垂直距离的增加，分布式负载段的后泄场可能会比侧泄场大；对于电压峰值相同的双指数激励源而言，所含的高频分量越多，在一定范围内，从其分布式负载末端外泄的后泄场更大；模拟器下方大地的电导率增加，模拟器的外泄场增加。