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。

为了实现重频脉冲功率源小型化，研制了基于快Marx发生器的紧凑型重频低阻抗脉冲功率源。采用大功率重频高压电源对Marx发生器充电，通过对充电电源和脉冲触发源的同步控制，实现对Marx发生器重频充电；Marx发生器中采用薄膜脉冲电容器、小型化气体开关、电感隔离以及SF6气体绝缘等设计，以8级紧凑Marx发生器进行验证性研究，在16 Ω阻抗负载上实现了重复频率10 Hz、脉宽150 ns、峰值电压大于400 kV连续多脉冲输出；在此基础上，设计了18级紧凑型Marx发生器，在约18 Ω阻抗负载上输出功率达到33 GW，峰值功率密度大于150 GW/m3，实现重复频率5 Hz、脉宽约160 ns、峰值电压大于600 kV的连续多脉冲输出。为了降低Marx发生器的输出阻抗，采用4台电容器并联作为Marx发生器的一级储能模块，研制了同轴紧凑Marx脉冲功率源，有效减小放电回路电感，实现12 Ω低阻抗负载近似匹配输出，前沿减小至50 ns以下，脉宽约130 ns。

耳蜗式多路耦合器在现代通信系统中有着广泛的应用前景。为了进一步减小耳蜗式多路耦合器的尺寸, 采用集**数与分布参数相结合的半集**数元件, 针对电路中的低阻抗线进行了有效的小型化设计。设计了一款工作于200 MHz~1 000 MHz的恒相对带宽为18%的10通道耳蜗式多路耦合器。仿真和测试结果表明, 这种小型化方法使耳蜗式多路耦合器的尺寸缩减为137 mm×116 mm。

采用高纯石墨环状阴极和有机玻璃绝缘子,研制了一套低阻抗大面积二极管系统。使用理论计算和数值模拟方法对二极管进行优化设计,在保证绝缘要求的同时,尽量优化二极管轴向长度和内外筒距离以减小二极管的回路电感。实验结果表明,优化后的二极管能在200 kV左右的电压上稳定工作,绝缘结构未发生击穿现象; 实验中最高输出电压为213 kV,电流为221 kA,特性阻抗约为1 Ω,电流密度为8 kA/cm2,脉宽(FWHM)为50 ns。

研制了一套紧凑型脉冲功率源系统, 用于驱动低阻抗磁绝缘线振荡器（MILO）。脉冲功率源采用Marx发生器技术路线, 由10级电容和开关组成, 单级电容为100 nF/100 kV电容, 开关采用环形轨道气体火花间隙开关, 通过紧凑型结构设计, 降低系统回路电感, 采用电阻作为级间放电的隔离元件, 整个Marx发生器系统放置于变压器绝缘油中, 以实现高压绝缘。Marx发生器系统充电电压为±50 kV, 总储能5 kJ, 在12 Ω的水负载上可以获得600 kV, 50 kA的脉冲输出, 脉冲上升时间小于100 ns。系统尺寸为1.2 m×0.5 m×0.6 m。基于该低阻抗脉冲功率系统, 直接驱动低阻抗磁绝缘线振荡器。在二极管电压约450 kV, 电流约40 kA 条件下, 测得辐射微波功率约400 MW, 微波脉宽约 60 ns, 微波频率1.23 GHz, 辐射微波模式为TM01模。

设计的10级低阻抗紧凑型Marx发生器整体体积约0.12 m3，输出功率为30 GW，脉宽200 ns。该发生器采用正负充电，触发开关为三电极场畸变开关，其余开关采用过压自击穿开关；经优化设计，自击穿开关高33 mm、电感13.1 nH，触发开关高42 mm、电感15.2 nH。电容正负电极片与开关电极采用挤压连接，电极片间绝缘材料为聚丙烯薄膜，薄膜共100层,总厚度2 mm，耐受电压大于100 kV；Maxwell模拟表明：此种连接方式可将每个电极连接片电感降低到4.16 nH。Pspice电路模拟和实验均表明：电容器充电100 kV条件下，12 Ω负载上可获得电压高于600 kV、峰值电流大于50 kA的输出。

对2.5 Ω,200 ns低阻抗Blumlein型脉冲形成网络进行3维建模，利用有限元仿真软件，分别采用静电场分析方法及高频分析方法对开关端、负载端的电感进行模拟研究,结果表明: 随着工作频率增大,引线电感值逐渐减小，工作频率为2.5 MHz时,引线内电感可以忽略不计。此时模拟得到的引线电感要比静态模拟结果小10 nH左右;两个开关并联工作时不仅要考虑引线自身的电感，还要考虑同步导通时互感的影响，且互感达到了自感的1/4。使用Pspice软件对模拟结果进行仿真，采用电磁屏蔽后输出波形前沿相对于屏蔽前输出波形前沿要小2.1 ns。实验研究结果表明，采用电磁屏蔽前后输出波形的前沿分别为68.8，65.2 ns，减小量与模拟结果基本吻合。

介绍了一个基于带状脉冲形成线的低阻抗实验平台，针对该平台设计了两种不同类型结构的匹配负载，并分别进行了实验研究，得到了不同的输出脉冲波形，发现轨道结构的水负载具有很低的负载回路电感，适于作为低阻抗脉冲形成线的匹配负载。实验结果表明：在开关电感一定的情况下，负载回路电感是影响低阻抗形成线输出波形的决定性因素。对于0.5 Ω的带状脉冲形成线，只有将负载回路电感控制在30 nH以内，才能获得波形较好的输出脉冲，高压实验结果也验证了此结论。利用数值模拟的方法，分析了负载回路电感对不同阻抗形成线输出波形的影响，结果表明：随着形成线阻抗的增加，负载回路电感对波形的影响越来越小。

介绍了一种1 MV低阻抗加速器的结构及其对主开关系统的要求, 并对确定使用的油介质开关进行了优化设计与模拟。优化后的结果显示, 开关工作在1 MV时, 放电电感约100 nH, 分布电容约150 pF, 充电电感约360 nH；开关的放电参数不会对波形造成过大的不良影响, 充电参数不影响Marx发生器给形成线的充电时间, 开关内部电场安全, 变压器油与尼龙交界面不会发生闪络。设计后的开关与其它部件搭建起低阻抗加速器进行调试, 加速器输出约700 kV, 70 kA、脉宽150 ns的电子束, 开关满足实验需求。

提出了一种边加载结构的径向三腔渡越时间振荡器。通过1维单粒子理论研究了直流渡越角和电压调制系数对束-波互作用效率的影响,并进行了2.5维数值模拟验证。数值模拟研究表明:该器件具有低阻抗、高效率、输出微波频率单一稳定等特点。在400 kV,60 kA无外加引导磁场的条件下,获得了平均功率为8 GW,频率为3.9 GHz的微波输出,效率达33.3%,阻抗仅为6.7 Ω。