纳秒脉冲电场消融要求在100 Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲，加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器，在每级电路中插入一个电感，并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒，等放电管完全开通后，关断充电管，对负载进行放电，以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制，获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机，实验中通过调节直通时间，在100 Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响，发现直通时间越长，脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出，提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法，提高了系统抗干扰能力的同时，也减少了所使用开关管的数量，降低了脉冲电源的成本。

提出利用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构，将其门极也短接，以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案，只需一个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号，同步驱动所有充电管和放电管，大幅简化了脉冲电源结构和尺寸，降低了成本。以此搭建了24级固态Marx发生器，在10 kΩ阻性负载上，获得了10 kV、1 kHz、5 μs的高压方波脉冲，验证了方案的可行性，该电源主电路的尺寸仅为20 cm（长）×13 cm（宽）×5.5 cm（高）。

随着脉冲功率技术的发展，纳秒脉冲电场被逐渐应用到等离子体水处理、不可逆电穿孔肿瘤消融等技术中。为了满足纳秒脉冲的应用需求，电源需要输出十几kV高压，拥有纳秒窄脉宽和快速的上升沿，同时尽量减小电源体积，降低成本。该纳秒脉冲电源采用电感隔离型Marx发生器结构，电路可以实现模块化叠加，电感隔离可以减少开关数量，抬升充电电压，以获得更高的电压输出。所设计的驱动电路仅需一路控制信号和一个直流供电模块，经功率放大和磁隔离后可同时控制所有放电管，该驱动电路结构简单、成本低、体积小，耐压水平高。所设计的24级电源样机，在50 kΩ阻性负载上，可输出0～14 kV电压，频率0.5～1 kHz，脉宽500 ns。该电源主电路的长宽高尺寸仅为23 cm×10 cm×12 cm。

设计了一款体积紧凑、工作在特高频波段的宽带高功率微波源，系统利用24 V蓄电池供电，Marx 发生器作为驱动源，采用四分之一波长开关振荡器调制产生宽带电磁脉冲，激励高功率微带平板天线辐射，测试结果显示系统工作中心频率为425 MHz，远场辐射场强-距离积峰峰值为91.5 kV@1 m，该微波源体积尺寸为871 mm×370 mm×330 mm，含电池质量小于43 kg，拓展了宽带高功率微波技术在无人机、机器人等平台的应用前景。

在肿瘤消融、污水处理等领域的脉冲功率技术应用中，研究发现双极性电脉冲往往比单极性电脉冲效果更佳，这极大地刺激了双极性高压脉冲电源的研发需求。设计了一台基于Boost闭环控制的恒峰值双极性脉冲发生器，该发生器结合boost电路与Marx发生器的特点，实现了具有升压功能的双极性脉冲的产生，且利用峰值检测电路对双极性脉冲发生器的输出峰值进行取样，并反馈到DSP处理器，实现峰值电压闭环控制，从而实现双极性脉冲恒定峰值的输出。为了验证提出的拓扑电路的可行性与稳定性，对5级恒峰值双极性脉冲发生器进行了仿真和实验研究。实验结果表明，当输入电压在100 V时，可产生重复频率5 kHz、脉冲宽度5～10 μs、电压幅值为±2.0 kV的恒峰值双极性脉冲波形。该脉冲电源使用模块化设计，便于级联，结构紧凑，可灵活输出恒峰值的双极性或单极性正（负）脉冲。

PFN-Marx发生器可同时实现升压和脉冲形成，具有紧凑的基因。特别是近年来脉冲储能技术的发展，使得直接利用PFN-Marx发生器驱动各类负载成为现实，因而PFN-Marx发生器逐渐成为国内外研究热点。对国内外的高功率紧凑PFN-Marx发生器的研究进展进行了系统介绍，评述其参数和结构特点。通过总结，从时间发展历程上看，PFN-Marx发生器采用高储能密度器件，装置的储能密度水平在不断地提高，尺寸紧凑化水平也在提高；在追求紧凑化的手段上，PFN-Marx发生器的空间结构的优化设计效果优于PFN网络拓扑参数的优化设计；PFN-Marx发生器采用波形优化方法具有较明显的收益，可有效降低装置紧凑化带来级间分布参数更强耦合的负面影响。同时论文探讨了PFN-Marx发生器的发展趋势，为PFN-Marx发生器的研究和技术路线探索提供参考和依据。

在诸如粒子加速器等应用中，要求高压脉冲的电压、电流顶降尽可能低。减小顶降的常用方法是增加储能电容器的容量，但代价是系统的能效较低、体积较大、功率较高。另一种方法是插入一些特殊级来补偿电压顶降。在固态Marx发生器中，当谐振电感和补偿开关串联起来与普通级中的主电容并联时，就得到了补偿级。本文在16级单极性固态Marx发生器中加入了四个基于谐振电路的补偿级，以补偿不同负载、不同脉宽下的电压顶降。在放电过程中，将正弦电压的近线性部分加到负载上作为补偿，实现了几乎无电压顶降的矩形脉冲。不同的补偿级数可以对电压顶降进行不同程度的补偿，补偿效果也是可调的。此外，只要关断谐振管，这些补偿级也可以作为固态Marx发生器中的普通级工作，从而加以利用。由于谐振补偿级中的电容也与Marx电路中的电容并联充电，因此不需要辅助电源充电。实验结果表明，在400 Ω和5 kΩ阻性负载上，2.5 kV和10.5 kV脉冲的电压顶降分别都能得到理想的补偿。为了获得更好的补偿效果，脉冲宽度应小于正弦电压的近线性部分的长度。

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。

采用串并联结合的Marx发生器结构，以晶闸管作为开关元件，设计了大电流脉冲发生器。通过导通回路电流分析了脉冲发生器的自触发原理，并模拟了输出脉冲电流激励磁透镜产生磁场的变化曲线。进行实物电路的研制，采用充电电容参数为600 V/2200 μF，充电电压为550 V。在负载电阻为6 Ω，负载电感为31.5 mH的条件下，获得输出电压峰值为−2.1 kV，半高宽为7.34 ms，脉冲前沿为450 ns；输出电流峰值为−225 A，半高宽为6.3 ms，脉冲前沿为4.11 ms。

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。