脉冲功率技术广泛用于科学研究、**、医学及工业等方面。脉冲放电电路为脉冲功率技术的主要研究对象, 以高电压、大电流、高功率为特点。电路电感是脉冲放电电路的一个主要关注点, 计算机仿真技术(CST)软件为快速计算电路电感提供了一种方法。根据导线间的磁场分布推导了导线电感的理论公式, 分析了导线半径及导线间距对电感的影响；分析了基于脉冲放电电路电流波形迭代求解电路电感方法；最后利用CST建模计算了不同电路的电感。将CST计算电感与基于脉冲放电电路电流波形迭代求解的电感做对比, CST可用于辅助分析脉冲放电电路。

气体火花开关的初始放电过程对研究其工作状态有着非常重要的影响，通过基于网格粒子法-直接蒙特卡罗法(PIC-DSMC)耦合算法模拟了气体火花开关从放电开始到等离子体通道初步形成的完整过程，得到了电子和离子的数密度时空分布变化，分析了间隙中电场分布随时间变化规律，完整清晰地揭示了气体火花开关从放电初始到等离子体通道初步形成的物理过程，并初步开展了气体火花开关击穿过程的光学诊断实验，为进一步深入研究气体火花开关的物理机理打下了基础。

为进一步提高碳纳米管阴极的场发射能力，分析了不同条件下碳纳米管的场发射测试结果，研究了热累积效应对碳纳米管场发射性能的影响。实验结果表明，通过抑制场发射测试过程中阳极的热累积，可获得更大的发射电流和发射电流密度。该研究为进一步提高碳纳米管阴极场发射能力提供了参考。

为解决太赫兹( THz)行波管工作电流过小、输出功率低等问题，提出了基模多注工作模式的折叠波导行波管 (TWT)。首先，获得了基模多注折叠波导色散特性；然后，对基模多注折叠波导的传输特性进行了模拟计算；最后，完成了 0.14 THz基模多注折叠波导行波管的注波互作用特性分析。电子注参数为 12 mA，15.75 kV时，获得的 3 dB带宽为 25 GHz(128 GHz~153 GHz)，最大增益为 33.61 dB，最大峰值功率为 23 W；电子注参数为 30 mA，15.75 kV时，在 0.14 THz处获得了 38 dB增益，最大脉冲输出功率为 63.1 W。该方法能够有效增大 THz行波管的工作电流，提高互作用增益及效率、3 dB带宽、输出功率；在增益相同时，基模多注行波管可以做得更短、更紧凑。

在太赫兹频段，折叠波导慢波结构主要采用微细加工技术完成。讨论了目前折叠波导慢波结构主要的微加工工艺，分析了主要工艺误差包括波导深度、侧壁垂直度对 0.41 THz折叠波导慢波结构高频特性的影响。通过分析比较， a值对折叠波导行波管性能影响很大，需要在工艺中精确控制。在侧壁垂直度为 89°范围以内，侧壁垂直度的变化对折叠波导行波管性能影响不大。通过仿真分析，确定了工艺中必须控制加工精确度的工艺步骤，这对 0.41 THz折叠波导行波管的研制有非常重要的意义。

行波管具有高增益、宽带宽、高输出功率等优点，但频率提升到THz 后，输出功率急剧降低，为此采用多注与功率合成的方式提高输出功率。对D 波段折叠波导行波管进行的理论与数值分析表明： 单束的3 dB 带宽为13 GHz(0.134 THz~0.147 THz)， 0.14 THz 处最大增益为20.88 dB；多束合成增益为20.6 dB，3 dB 带宽内合成效率不低于92%。通过微铣削的办法加工完成了2 路折叠波导，并对其传输特性进行测量，对比分析了测试与设计结果。并行多注行波管能够以单束小电流、低聚焦磁场方式工作，可有效提高THz 行波管的输出功率。

基于三探针方法开展了脉冲放电等离子体特性研究，实现了单次脉冲放电等离子体参数的时变特性诊断。采用金属罩屏蔽、示波器锂电池供电等方法降低了电磁信号干扰，利用Labview编制了特定的程序进行三探针诊断数据处理。根据脉冲放电等离子体具有多电荷态离子成分、离子超声速运动等特点，对三探针理论进行相应修正。诊断结果表明，整个放电脉冲内高压引出界面电子温度Te处于2~4 eV之间，离子密度ni处于1017~1018 m-3量级之间，与Langmuir单探针诊断结果吻合。

根据脉冲等离子体关键特征参数的特点及相关应用需求, 基于垂直引入式有网反射二阶空间聚焦技术, 研发了脉冲等离子体飞行时间质谱诊断系统, 其质量分辨率约为1690 (FWHM), 离子能量诊断范围为3~150 eV, 时间分辨率约为0.45 μs。通过对典型脉冲等离子体开展飞行时间质谱分析和研究, 获得了离子质谱、离子能量分布函数等重要特征参数。等离子体以不同价态的Ti离子为主, Ti+最可几能量约为23 eV, Ti2+最可几能量约为48 eV。

为了提高太赫兹行波管的输出功率, 提出了多个传输信号进行功率合成的方法。首先, 对D波段多注慢波结构进行设计及功分器的优化;然后, 通过微铣削工艺完成了两注THz折叠波导结构的加工, 加工精度满足实际设计要求;最后, 利用CST软件对该结构的冷测与互作用特性进行了分析。仿真结果表明: 该结构的S11值小于-20 dB, 实际测试值在-20 dB左右, 两者较吻合。冷测分析表明该结构具有22 GHz(16%)的冷带宽, 3 dB增益带宽为12.5 GHz。在各电子注的电压、电流、峰值输入功率大小分别为15.79 kV, 12 mA, 10 mW时, 单注结构获得了1.58 W的输出功率及22 dB的增益;而两路信号在互作用完成后, 获得了2.91 W的合成功率输出, 合成效率不低于90%。通过合成的方法可以有效提高THz行波管的输出功率。

为了提高THz行波管的输出功率, 通过并行多注和功率合成的方法, 完成了并行多注D波段折叠波导行波管的理论分析与数值模拟。计算结果表明: 单束行波管在0.135~0.157 THz频率区间具有很好的色散平坦度, 3 dB带宽为13 GHz, 0.14 THz处获得了20.88 dB的最大增益; 多束合成行波管在0.14 THz处获得了20.8 dB的合成增益, 3 dB带宽区间合成效率不低于92%。数值模拟表明该方法很好地实现了多路放大信号的合成输出。并行多注行波管具有输出功率大、单束电流小、聚焦磁场低等优点, 能够在低发射电流密度条件下实现大功率THz辐射。