提出一种电磁脉冲辐射系统设计方案，此系统由Marx发生器、短路-锐化组合开关型脉冲形成线和带低频补偿的高功率超宽带横向电磁波(TEM)喇叭天线组成。Marx发生器产生的单极脉冲经过短路-锐化组合开关型脉冲形成线锐化成双极脉冲，然后馈入天线进行辐射。仿真结果表明，在充电电压为10 kV时，电磁脉冲源可产生脉冲宽度1.41 ns、峰值功率7.69 MW的双极脉冲，此双极脉冲频谱主要分布在0~1.6 GHz频率范围内；高功率超宽带TEM喇叭天线带宽为0.625~2.9 GHz(相对带宽为129%)，功率容量可达10 MW，能有效地将电磁脉冲源产生的双极脉冲辐射出去。

在超宽带TEM喇叭天线的设计中，如何改善天线的低频性能是目前研究的关键问题。通过分析天线的阻抗渐变特性与时域辐射特性，设计了一种新型TEM喇叭天线，解决了天线末端反射的问题，提高了天线低频性能。与传统的TEM喇叭天线相比，新型TEM喇叭天线在全频段减小了方向图后瓣，提高了低频时天线辐射主轴增益，拓展了低频带宽。验证实验表明，该天线带宽为160 MHz~2.5 GHz，180 MHz主轴增益2.3 dB，全频段方向图后瓣小于-2 dB，尺寸为48.5 cm×38.1 cm×35 cm，同时兼顾了天线的小型化与低频带宽。

将TEM喇叭天线密封进填充变压器油的尼龙天线罩中, 只要合理设计尼龙天线罩外形, 使变压器油形成聚焦透镜, 不仅能提高天线的功率容量, 还能改善其辐射特性。基于变压器油的缩波效应和椭球的几何性质, 借助几何光学理论, 设计了一款具有聚焦能力的椭球变压器油透镜。变压器油的缩波效应能够增大TEM喇叭天线电尺寸, 使TEM喇叭天线的辐射特性得到初步改善, 透镜的聚焦能力使天线的定向性得到进一步改善。为了验证理论分析的正确性, 另外设计了一款不具有聚焦能力的球状变压器油透镜作为参照, 两款透镜天线仿真结果与理论分析吻合。与大气中的TEM喇叭天线相比, 椭球变压器油透镜使TEM喇叭天线主波束变窄, 远场电压峰峰值提高56.97%, 阻抗带宽低频端从0.28 GHz扩展到0.2 GHz, 功率容量达到18.43 GW。

设计了一种采用切比雪夫渐变线的TEM喇叭天线,分析了其工作原理,采用数值模拟的方法研究了其阻抗特性、传输特性与辐射特性,并在不同的馈入脉冲下与常用的线性渐变TEM喇叭天线进行了性能对比。结果表明: 切比雪夫渐变线TEM喇叭天线具有低反射、高带宽和高辐射场强的优点,其性能要明显优于线性渐变TEM喇叭天线,且馈入脉冲越宽,性能越明显。分析了最大反射系数对切比雪夫渐变线TEM喇叭天线辐射性能的影响,馈入脉冲越窄时,宜选择反射系数越大的辐射天线。

针对辐射式核电磁脉冲模拟器采用TEM喇叭天线作为辐射天线时低频辐射能力有限的问题，对板型和线型两种基本形式的TEM喇叭天线进行了分析。在采用线型TEM喇叭天线以减轻模拟器重量的基础上，在天线末端采用螺旋线结构，并增加屏蔽板回路，构造了一种新型TEM喇叭天线。结果表明: 与普通线型TEM喇叭天线相比，该新型天线较大地提高了低频辐射性能，可使近场波形脉宽提高7 ns左右，峰值场强提高了1 kV/m左右；通过增大螺旋线半径和提高螺旋线密度可以提高峰值场强，增加近场波形脉宽；通过屏蔽板回路可以降低反射波纹的波峰从而改善近场波形。

对高功率超宽谱双反射面天线系统进行了优化改进设计, 兼顾辐射性能、馈入反射和功率容量。采用沿能流线设计的“粗胖”实体结构代替板状TEM喇叭极板结构, 增加低频电流的回流通道, 从而改善天线馈入反射特性。将副反射面设计为尼龙箱体内、外两部分, 使其与尼龙箱体之间的连接螺钉不再突出于高压电场中, 优化后最大场强下降了约70%, 功率容量达到59 GW, 通过Taguchi优化算法对组合馈源喇叭结构进行整体优化, 天线辐射因子rE(辐射场峰值与观测点距离乘积)提高了1.2倍。优化后的天线系统进行了高功率实验, 实验结果表明: 天线系统功率容量达到30 GW, 辐射因子超过8 MV。