为实现MV级多级气体开关精确触发控制,提出了基于Tesla变压器和Blumlein线的低抖动重频脉冲发生器的电触发方案。完成了Tesla变压器与Blumlein线一体化设计; 优化了初级回路结构及绝缘栅双极型晶体管触发控制电路,减小了初级杂散电感,缩短了变压器次级高电压建立时间及时延抖动; 优化了百kV级自击穿气体开关工作参数,研制出一套多级低抖动电晕稳定开关; 将传统Blumlein线绝缘介质由变压器油更换成高介电常数的MIDEL7131新油,增加了输出脉冲宽度,进一步提高触发能力。最终研制出一台输出电压130 kV、脉冲宽度大于5 ns、重复频率50 Hz、连续工作时间1 min、输出抖动小于10 ns的紧凑型脉冲发生器。

提出了具有螺旋内筒和外筒的同轴Blumlein线的结构。采用横电磁波传输理论分析脉冲形成过程，该结构具有传统Blumlein线内外线独立传输的典型特征，给出了特征阻抗、慢波系数等参数的表达式;原理实验输出脉冲顶部平坦，顶宽占半宽的80%，输出辐值和半脉宽与理论计算基本一致，验证了该结构产生长脉冲的可行性;指出了该结构容易受周围环境导体的影响，外部环境导体距离越远对脉冲输出的影响越小，在螺旋外筒底部与接地导体平板之间填充铁氧体磁芯，可把两者距离从500 mm缩减至100 mm。

利用传输线等效放电模型对层叠Blumlein线的脉冲叠加特性进行了分析。结果表明: 外部短路阻抗是降低层叠Blumlein线脉冲叠加效率的主要因素,其中,短路电感产生输出波形平顶的衰减,相对衰减量取决于叠加级数以及短路等效电感与传输线电感之比,短路电容产生输出波形前沿的慢化,前沿慢化的相对值取决于叠加级数以及短路等效电容与传输线等效电容之比; 由于各级开关导通时间分散性的存在,输出波形的前沿及后沿皆呈阶段状,相当于产生了时间量等于开关导通分散性时间的前沿及后沿慢化现象。增加传输线外部的短路阻抗、减小多开关的导通分散性是提高层叠Blumlein线的脉冲叠加效率、改善输出波形的有效途径。

研究了以不同电极宽度的玻璃陶瓷平板传输线所搭建的Blumlein线传输特性。为获得高压快脉冲输出,实验采用了正失配负载以及通过激光二极管触发的高工作场强光导开关。在几种不同电极宽度的平板Blumlein脉冲形成线实验中获得了具有平顶的脉宽9 ns的高压脉冲,脉冲幅值可达20 kV以上; 由于开关偏置电压较低,导致开关内阻变大,输出效率变低。

研究了一种结构紧凑型的多级层叠Blumlein纳秒脉冲形成线，从理论上分析了放电时回路各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出电压的影响，并利用PSpice模拟验证了各分布参数对层叠Blumlein脉冲形成线输出结果的影响，发现开关的导通电阻是制约输出电压幅值的主要因素，开关的分布电感对输出波形的影响大于负载分布电感的影响，基于时域有限差分法原理，利用XFDTD软件模拟了两级层叠Blumlein线的电磁耦合效应。开展了多级层叠Blumlein脉冲形成线实验，结果表明，基于陶瓷固态传输线和GaAs光导开关的层叠Blumlein脉冲形成线能够实现输出电压叠加，可用于产生ns量级脉宽的脉冲高压。

分析了基于同轴Blumlein线的高功率脉冲源对低阻抗短形成线充电、实现脉冲压缩的基本原理，给出了理想情况下，脉冲压缩后输出的高功率超宽谱脉冲电压、功率增益及能量效率计算公式。利用电路仿真软件建立了脉冲压缩电路模型，通过模拟验证了理论分析。模拟了实际主脉冲波形对输出脉冲的影响，结果表明：低阻抗压缩线充电时间变长、充电电压峰值降低；通过在前级脉冲源与脉压形成线之间增加一定长度传输线，可以有效提高压缩线充电电压。针对典型的同轴Blumlein线高功率脉冲源——紧凑Tesla型高功率脉冲源CKP1000，设计了脉冲压缩装置和测量系统，建立了完整的脉冲压缩实验系统，开展了脉冲压缩试验。该脉压系统可将4.5 ns输入脉冲压缩为前沿940 ps、半高宽约1 ns的亚纳秒脉冲，实现了约2.2倍的功率增益。实验数据与理论分析基本吻合。

采用平板线加载的陶瓷电容型脉冲形成网络(PFN)构成了单开关调制的层叠Blumlein线发生器。采用传输线理论对短路寄生传输线的短路特性进行了理论分析，结果表明，短路寄生传输线的阻抗可以等效为耦合电感在主传输线的放电频率下产生的感抗。Pspice软件模拟表明，层叠线Blumlein线的电压叠加效率随耦合电感增加而增加。提出了一种磁环增感方法，在4级层叠Blumlein线上实现了3.1倍的脉冲电压叠加。

采用Laplace变换的方法求解了无损耗情况下层叠Blumlein线输出电压的解析表达式。从传输线两端口网络模型出发，分别求出了负载端短路和开路时传输线特征阻抗的频域表达式。简化了单Blumlein线电路结构，并求出了其输出电压的解析表达式。在此基础上，结合电路叠加原理，求解出了典型的2级层叠Blumlein线输出电压的时域解析表达式。采用递推法，推广得到任意级数情况下的输出电压波解析解。

采用一种具有高储能密度的玻璃陶瓷板介质作为平行平板层叠Blumlein线(SBL)的储能介质, 设计了一种平行平板SBL。针对该SBL的特点, 设计了一种层叠轨道间隙触发开关。在实现多通道时, 模拟与实验研究结果均表明该开关的上升时间小于10 ns。为验证这种设计理念, 制造了一台2级平行平板SBL样机, 实验结果表明, 该结构适合于实现脉冲功率系统的模块化设计。

设计了一台层叠Blumlein线型脉冲功率源。该脉冲源以平板型Blumlein线为储能器件, 使用4个GaAs光导开关作为脉冲形成开关, 通过4级Blumlein线层叠结构以获得更高输出电压。分别使用10 mm及3 mm间隙光导开关进行实验, 比较了PSpice电路仿真与实验结果。实验测试显示, 10 mm开关充电23.5 kV时上升沿较大, 可能的原因是偏置电场较低时开关导通时间较长。测试了不同工作电压下功率源的输出电压, 结果显示: 在10 mm间隙开关条件下, 充电23.5 kV时, 负载上得到了53 kV的高压脉冲输出; 3 mm开关充电13.9 kV时输出电压39.4 kV, 输出效率70%。实验结果表明, 随着工作场强的提高, 电压输出效率呈现先下降后上升最终趋于饱和的趋势。