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。

通过理论分析研究了一种高能量转换效率(高于50%)的紧凑重频空心脉冲变压器.这种脉冲变压器可以应用于PFN-Marx发生器的重频充电.通过深入分析脉冲变压器的等效模型,得到了脉冲变压器能量转换效率、次级电压峰值、初级电流峰值以及初级电流变化率最大值的表达式,并与Pspice软件的模拟结果进行比较.结果表明:理论计算的电压、电流波形与模拟计算结果基本一致,验证了理论分析的正确性.同时,通过理论分析得到了能量效率大于50%的脉冲变压器结构尺寸.