紧凑宽带高功率微波源研制过程中, 为了提高工作电压, 开关振荡器采用变压器油作为绝缘介质。研制了一种具有较小几何尺寸和前向辐射方向图的组合振子天线作为辐射天线。在设计阶段, 采用电磁仿真软件对开关振荡器和辐射天线的性能进行了仿真和预测。然后, 对该宽带高功率微波源进行了实验研究, 并对辐射场进行了测量。结果表明：开关振荡器的工作电压超过300 kV, 辐射场rE值（距离和辐射电场峰值的乘积）达到125 kV; 辐射场中心振荡频率为375 MHz, 3 dB带宽为24%。

为实现对传输线开关振荡器或振荡天线进行快速充电，以提高其耐压能力和产生高频振荡信号的能量效率，本文研制了一种基于Tesla 变压器的电容储能型脉冲驱动源。本文首先介绍该驱动源的工作原理和运行过程，接着利用等效电路方法分析了关键电路参数对负载充电过程的影响，然后介绍该驱动源的具体工程设计，最后介绍该驱动源初步测试结果以及将其应用于变压器油在10 ns 量级脉冲下击穿特性研究的实验情况。实验表明，输出火花开关在中储电容器充电电压为-191 kV 导通时，通过电感对等效电容为15 pF 的传输线充电电压峰值为-224 kV，电压上升时间约10 ns。研究结果表明本文研究的驱动源能够满足对传输线开关振荡器等电容负载进行快速充电至数百kV 高压的应用需求。

为了产生较高中心频率宽带高功率微波,对一种填充变压器油作为绝缘介质的1/4波长开关振荡器进行了研究。首先对这种开关振荡器特性阻抗分布进行了分析; 然后利用静态电场仿真结果和变压器油击穿实验数据,分析了该振荡器的耐压能力; 在此基础上,利用CST软件对其瞬态工作特性进行了仿真,考察了开关间隙击穿位置和间隙电压下降时间对产生阻尼正弦信号的峰值和频率的影响; 最后介绍了该振荡器以一种方向系数为3的短螺旋天线作为辐射天线的实验测试结果,结果表明,该开关振荡器充电电压上升时间为15 ns时,耐压达到-322 kV,产生宽带高功率微波中心频率约360 MHz,3 dB带宽约22%,辐射因子170 kV。

为了满足宽带高功率微波辐射系统紧凑化的需求，设计了一个口径面尺寸为20 cm×20 cm的电-磁振子组合型天线，采用三维全波电磁场仿真，得到该天线在0.3~1.7 GHz 带宽内的驻波比小于3，且在此带宽内天线增益均大于2。仿真分析了该天线结构的尺寸、电流环长度以及天线开口角度对电-磁振子组合型天线阻抗带宽和增益的影响。在此基础上，给天线馈入峰值为226 kV的宽带信号，仿真得到天线的最大辐射因子为150 kV，等效峰值功率为358.8 MW，辐射效率约70.6%。仿真结果表明：组合振子天线能够满足宽带高功率微波的辐射要求，同时满足辐射系统紧凑化和高辐射效率的要求。

基于等阻抗-双脉冲成形线技术，建立了一个超宽带高能高功率微波发生器理论模型。计算机模拟结果表明：利用等阻抗超宽带高功率微波发生器，可以同时产生纳秒主脉冲和皮秒前沿脉冲；通过控制皮秒脉冲成形线输出开关闭合的延迟时间，可以调制皮秒脉冲和纳秒脉冲的输出电压比值；通过调节纳秒脉冲成形线与皮秒脉冲成形线的电容比值，可以控制皮秒脉冲的脉宽和皮秒脉冲的峰值电压；利用等阻抗超宽带高功率微波发生器，可以最大限度地提高辐射脉冲能量和整个系统的能量转换效率。

研制了中心频率为300 MHz的宽带高功率贴片天线, 并进行了高功率实验研究。采用Taguchi全局优化算法对双层贴片天线的结构参数进行优化设计, 使其驻波比小于3的带宽达到60.2%, 最大增益8.1 dB。为提高其功率容量, 对贴片、介质基底和馈电结构进行了改进和相应的绝缘设计。小信号测试结果与理论计算吻合, 实测带宽达到64.2%。高功率实验中, 馈入峰值89 kV和-81 kV的双极的脉冲, 辐射因子达到75.2 kV, 等效峰值辐射功率为188.5 MW, 辐射场频谱的3 dB带宽为46%, 实测能量方向图与模拟结果相符, 半能量角宽约为90°。

研究了用于宽带高功率微波辐射的双层贴片微带天线输入阻抗带宽和辐射特性,提出一种适合于高功率微波辐射的圆锥传输线馈电结构以减小传统馈电探针的引线感抗,使天线的功率容量提高到百MW级,同时作为同轴线到径向传输线的过渡变换,使反射系数降低近50%。通过数值计算分析了不同的介质基底厚度组合和贴片尺寸对天线带宽的影响,优化参数后的天线带宽达到了34.9%(电压驻波比小于3),带内平均增益高于6.5 dB,最大增益8.3 dB,主辐射方向上的远场辐射因子与馈入宽带脉冲幅度比值大于1.3。分析了天线的功率容量,模拟计算表明该天线可用于辐射幅值300 kV的宽带高功率微波。

为了减小馈线损耗和方便天线旋转,设计了超宽带Cassegrain双反射面天线系统.采用FEKO数值模拟软件在0.2～1.5 GHz频率范围内模拟了不同副反射面直径的4.5 m双反射面天线(焦径比为0.4)的辐射增益,并与相同口径和焦径比的前馈式反射面天线进行了比较.模拟结果表明:当双曲副反射面直径为70 cm,焦距为22.5 cm时,在0.2～1.0 GHz频率范围内,双反射面天线增益比前馈式抛物面天线高1～2 dB;在1.1～1.5 GHz频率范围内,双反射面天线增益比前馈式抛物面天线小1～2 dB.选择直径为70 cm、焦距为22.5 cm的双曲副面与TEM喇叭和4.5 m抛物面组成双反射面天线系统,分别用960 ps和3 ns脉宽的单极脉冲源对天线进行了实验研究.实验结果表明:用960 ps和3 ns脉宽的单极脉冲激励,Cassegrain双反射面天线在70 m轴上远场辐射场波形峰峰值分别为前馈式反射面天线的158%和162%.