针对小型化紧凑型脉冲源的应用需求, 开展了基于互耦电感的两节准方波脉冲形成网络设计技术研究。首先介绍了两节脉冲形成网络互耦电感解耦的条件, 并根据常用的三种脉冲形成网络模型运用拉普拉斯变换推导出了相应的输出脉冲电流表达式, 并利用准方波的Prony级数表达式, 通过求解非线性方程组获得了准方波脉冲的解析表达式, 进一步求解出各网络元件的参数。然后研究了电感耦合系数在电路中的影响, 提出了利用互耦电感设计准方波脉冲形成网络的方法。模拟仿真结果表明: 基于互耦电感的两节脉冲形成网络可获得输出波形质量较好的准方波脉冲输出。利用互耦电感这一巧妙设计, 可以较方便地实现准方波脉冲形成网络的设计。

高速摄影的同步照明光源是利用脉冲氙灯作为输出负载的一种高亮度闪光光源。它的驱动电路采用脉冲形成网络PFN电路, 利用Orcad Pspice软件对PFN放电电流仿真, 其仿真结果具有一定的指导意义。电源具有手动触发和同步触发功能, 同时输出脉冲的前沿和后沿具有良好的时间响应, 氙灯充电电压0~3.5 kV可调, 触发信号与光波形延时时间125 μs; 实验结果验证了电源设计原理和技术方案的可行性。

基于高功率脉冲功率系统小型化和模块化发展要求，研制了一种集储能和脉冲形成功能为一体的脉冲形成模块。通过发展非均匀脉冲形成技术，成功将传统脉冲形成网络的级数降至两级，并保持其输出波形为近方波，大幅降低了近方波脉冲形成模块的体积重量。模块内部电容采用串联分压结构以提高其耐电压值，采用折叠式薄膜电容以提高其储能密度，结合薄膜/变压器油混合绝缘方式，实现了紧凑化、耐高压设计。利用PSpice电路仿真，结合最坏情况模拟等方法，分析了模块内部电参数对其输出特性的影响，并进行了实验验证。模块耐电压值可达120 kV，单次储能密度高达41 kJ·m-3，可输出脉宽约180 ns的近方波高压脉冲。该模块将传统需要五级以上的脉冲形成网络的实际应用发展到两级，有利于实现多级高压方波Marx系统的紧凑化、模块化设计。

为了改善脉冲形成网络(PFN)-Marx发生器的输出波形，得到前沿较短、纹波因数尽可能小的输出波形，对单级PFN的特性进了仿真研究，包括PFN中末端电容、末端电感、PFN的阻抗等因素对单级PFN的输出波形的影响；建立了PFN-Marx发生器的整体仿真模型，并对采用耦合电感作为隔离电感和采用分立电感作为隔离电感进行了仿真研究。研究表明：采用耦合电感作为隔离电感可以使各级PFN的充电波形更加一致，效果更好。搭建了一个小型的PFN-Marx发生器，并研究了PFN-Marx发生器中气体开关在不同气压下导通时输出波形的差异，结果表明，升高气压有利于减小PFN-Marx发生器输出波形的前沿持续时间。

紧凑型PFN-Marx脉冲发生器中，级与级之间存在着较大的寄生电容，该电容和PFN节电感构成了寄生传输线。对两种排布方式下的寄生传输线的放电过程进行了简单分析，重点开展了双列排布方式下全电路仿真模拟，对负载类型、寄生电容、负载电感等参数对输出波形的影响进行了计算，得到了二极管负载会在波形前沿上造成下降、寄生电容大小决定振荡频率、负载电感放大振荡幅值等结论。开展的PFN-Marx实验研究也进一步验证了上述分析结果。根据分析，提出了一种有效抑制输出波形振荡的方法，从电路上进行了仿真验证，进一步实验证实了该方法的有效性。

研制了一台紧凑重频脉冲形成网络(PFN)-Marx脉冲发生器, 由PFN-Marx发生器、脉冲充电单元、重频触发单元等组成。PFN-Marx发生器模块采用全电感隔离, 直径为480 mm, 长度为700 mm。脉冲充电单元采用中储电容加脉冲变压器方法, 单次充电可以满足10次输出。重频触发单元采用变压器和磁开关一体化设计的全固态Marx发生器技术, 输出电压大于50 kV, 前沿小于100 ns。脉冲发生器早期输出电参数为单次10 GW, 脉冲宽度100 ns, 前沿10 ns, 阻抗40 Ω。重频工作时输出功率7 GW, 频率5 Hz。后期调整后电参数更改为单次10 GW, 脉冲宽度70 ns, 前沿10 ns, 阻抗50 Ω。重复频率工作时稳定输出功率8 GW, 频率10 Hz, 单串10个脉冲。初步的应用研究中, 利用改进后的平台, 在5 GW条件下驱动磁控管获得了S波段约1 GW的微波输出。