对μs脉冲电压作用下铜丝水中电爆炸的能量沉积过程进行了实验研究，利用自积分Rogowski线圈和电阻分压器分别测量铜丝电爆炸时的电流和电压。利用测量电压波形确定了熔融起始、熔融结束、汽化起始和击穿时刻点，将铜丝电爆炸划分成熔融、液态和汽化3个阶段。通过数学方法计算了3个阶段和击穿前的沉积总能量。通过实验和计算，分析了电路参数，包括放电电压和回路电感，以及铜丝特性，包括铜丝长度和直径，对铜丝电爆炸过程中3个阶段和击穿前沉积总能量的影响。结果表明：在μs脉冲电压作用下，放电电压、回路电感、铜丝长度和直径对熔融阶段能量沉积影响较小，但对液态和汽化阶段能量沉积影响较大，通过调节电路参数提高电流上升速率，可以显著提高汽化和击穿前的沉积能量。

分析了磁重联对晕等离子体加速和能量平衡过程的影响。分析表明晕等离子体向轴心的加速过程分为两个阶段:第一阶段晕等离子体在磁压或热压(依赖于丝数)作用下向轴心运动；第二阶段晕等离子体由于磁重联过程被加速到阿尔芬速度，并到达轴心形成先驱等离子体。估算表明重联层的厚度与离子的惯性长度具有相同的数量级，电流片内电子运动和离子的运动是解耦合的。在内爆滞止阶段电荷分离产生强的径向电场，这个电场将磁能转化为等离子体轴向(z方向)动能，内爆动能和轴向动能共同转化为X射线辐射能，以此解释了X射线能量大于内爆动能这一观测结果。分析了磁重联电磁脉冲的性质，对于1 MA驱动条件，电磁脉冲的总能量可达kJ量级。

基于描述Saturn装置的ZORK模型，使用Pspice语言建立了适用于“阳”加速器计算使用的金属丝阵负载模型并进行了相关计算，经过数值模拟与“阳”加速器1050#,1043#等相关实验结果的对比，验证了驱动电路与相关模型设计的正确性，并对计算结果进行了讨论，给出了此负载模型的适用性分析。使用计算得到的阳1050#加载电流曲线，进行了1维磁流体力学计算，给出内爆时间、辐射功率峰等相关参数。

“强光一号”加速器能输出上升沿约100 ns、幅值约2 MA的电流脉冲。实验中通常采用自积分式Rogowski线圈监测负载电流。为与该线圈比对校验，研制了一种快响应、结构简单、抗电磁干扰性能较好的微分环。标定实验给出，微分环测量的响应时间约1.2 ns，频谱响应范围10 kHz~100 MHz，灵敏度为6.13×10-11(V·s)/A。其快时间响应将有助于监测与负载物理特性有关的瞬态电流变化。在加速器二极管短路状态对微分环和积分式Rogowski线圈进行了实验比对，数值积分给出的电流波形与后者基本相符，峰值偏差小于10%，表明微分环的设计合理，同时校验了电流测量的可信度。

建立了快脉冲磁芯损耗特性测试平台，对比研究了50 μm的DG6硅钢和25 μm的2605TCA非晶两种材料磁芯损耗特性；采用一种新的特征参量(磁芯单位面积上激磁电压陡度)来规范磁芯的激磁电压条件，使得实验结果与快放电直线型变压器驱动源实际工作条件下磁芯性能具有可比性；通过测量初级漏电流及次级开路电压，获得了相同激磁条件下两种磁芯等效损耗电阻的大小，50 μm 的DG6硅钢磁芯损耗约为25 μm的2605TCA非晶磁芯损耗的4倍；计算了两种材料磁芯总损耗中涡流损耗所占的比例，50 μm的DG6硅钢磁芯涡流损耗占总损耗的75%，25 μm的2605TCA非晶磁芯涡流损耗占总损耗的28%。

为准确测量脉冲放电电压，提出了固液混合式高压分压器的原理与结构,并进行了标定和实验测试。用简化模型分析了分压器系统的理想响应条件，讨论了两级分压的衰减特性，提出了控制误差的方法。通过负载标定，得到分压器脉冲电压频率响应大于2.9 MHz,最长脉冲宽度40 μs，分压比(或衰减系数)为2.60 kV/V，测量误差小于5%。该高压分压器具有造价低、制作易，同时适于ns到μs级脉冲电压的测量等优点，可以在实验室中得到应用。

针对高功率微波源对前级驱动电源的计算机自动控制要求，设计了一套1 200 kV高功率微波驱动电源监控系统。系统采用多功能数据采集卡控制大功率调压器产生连续可调的工频电压，再经过环氧高压变压器和整流硅堆等转换为直流高压，对储能电容进行充电控制；采用高速数据输入输出卡控制触发系统按时序进行工作；监测计算机通过RS-485串口方式对直流高压、闸流管阳极电压、闸流管对地电流等进行实时状态监测；控制主机通过以太网与中央控制计算机实现通讯，可以单独控制电源工作，也可以通过中央计算机统一协调工作；采用LabVIEW作为软件开发平台，利用图形控件完成整个电源系统的控制监测等功能的设计；为了解决因电磁干扰强而引起的地电位抬高、高压采集不正常等问题，系统的软硬件都融入了可靠性设计。实验结果表明，该系统工作可靠稳定,实时性强,界面友好,操作简单,具有良好的可扩展性和移植性。

基于X箍缩软X射线辐射点源对单丝及多丝Z箍缩发展过程进行了背光成像研究，实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-Ⅰ（500 kV/400 kA/100 ns）。成像光路安排为：作为X射线源的X箍缩和作为目标物的单丝或多丝（双丝）Z箍缩分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间或回流导电杆处，成像胶片采用高分辨力、高灵敏度的X射线胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测。为了测定目标物金属细丝的质量消融率，设计了μm级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验，获取了Z箍缩等离子体融合、先驱等离子体形成及不稳定性发展等过程的相关物理图像以及质量消融率、丝芯膨胀率等重要定量参数。

采用100 μm和40 μm两种直径的铝丝，在不同放电电压下，通过分幅成像技术和光谱诊断方法，对铝丝电爆炸过程放电特性及放电等离子参数进行了诊断。实验研究表明:铝丝电爆炸过程中金属蒸气的二次击穿分为内部击穿和沿面击穿两种类型，较细的铝丝更容易发生内部击穿，发生内部击穿时产生的等离子体具有更好的空间均匀性和对称性，其放电过程具有更高的稳定性和可重复性。通过光谱诊断可知铝丝电爆炸等离子体电子温度在104 K量级，电子密度在1018 cm-3量级。

介绍了2 MV激光触发多级气体开关在强光一号加速器上的实验研究工作。给出了实验方案，激光触发信号采用轴向引入的方法，激光光路穿过二极管，沿水线轴向引入开关；分析了开关自击穿实验和触发实验的实验结果，总结了实验中出现的问题并对其原因进行了分析，提出了改进措施。 结果表明，开关最大工作电压2 MV,最大电流大于600 kA，当欠压比88.3%时，激光触发开关的平均延时34.2 ns，抖动小于3.86 ns。

介绍了现有技术条件下脉冲电容器的各种性能参数及其测试方法，包括储能密度、寿命、保压性能、绝缘电阻等；同时介绍了元件的主要分析测试手段，如大电测试、保压测试等，并研究了后处理工艺、介质系统优化和绝缘系统优化对电容器性能的影响。在此基础上，面向不同应用条件如大电流放电、长寿命、真空环境等，对高储能密度脉冲电容器进行研究，并给出相应的性能参数、限制条件和发展前景。研究结果表明： 50 kV/20 μF的电容器，可实现120 kA/80 μs的大电流输出，并通过-50~60 ℃的高低温考核；基于绝缘系统优化的浸渍型脉冲电容器，充放电寿命为干式结构的2~3倍，储能密度为2.0 kJ/L时，寿命大于1 000次，储能密度为1.3 kJ/L时，寿命大于10 000次；1.4 kJ/L高储能密度电容器，可以工作在气压小于10-3 Pa的真空条件下，输出电流达100 kA。

为解决脉冲功率系统中击穿电压最低的部分，即真空固体绝缘界面，采用磁场闪络抑制技术提高闪络电压，为研究磁场和沿面闪络电压的关系，针对不同介电常数的样品开展了一系列相关实验。实验结果表明：采用电容器对通电螺线管充电产生的脉冲强磁场稳定可靠，并且当施加在绝缘子表面磁场强度为1.1 T时，PMMA材料的闪络电压可以提高至1.8倍。

为解决脉冲功率系统中绝缘部件的真空沿面闪络问题，开发了基于二次电子崩理论的层叠式高梯度绝缘材料。利用全金属超高真空分析系统，对高梯度绝缘子的真空出气特性进行检测；利用四极质谱仪，对高梯度绝缘子真空出气的气体成分进行分析。利用阻抗分析仪测试不同结构绝缘材料的高频介电性能。基于纳秒脉冲真空实验平台，对高梯度绝缘子的真空沿面闪络性能进行测试。研究结果表明：高梯度绝缘子具有良好的高频介电性能，其拐点频率高达200 MHz；锻炼后高梯度绝缘子的闪络场强可达190 kV/cm，其闪络性能和高梯度绝缘结构中绝缘层的材料及绝缘层与金属层的比例直接相关。

建立了多层串联PZT95/5爆电换能组件3维数值模型，对固化封装条件下陶瓷介质击穿问题进行了计算分析，计算结果表明：在不改动器件外部结构尺寸条件下，采用等厚度PZT95/5叠片结构布局对进一步提高输出电压方面存在瓶颈。为克服上述影响以及降低爆电换能组件击穿概率，提出了PZT95/5铁电陶瓷非等厚度布局解决方案。为实现上述设想，通过引入不等式约束条件计算得到一组非等厚度优化布局，将爆电换能组件所用PZT95/5铁电陶瓷数量减至19片，同时有效实现该布局下，各片PZT95/5陶瓷电压均低于对应厚度击穿电压的优化目标。

针对设计的一种堆栈式结构多间隙气体开关，分析了绝缘子污染对开关寿命的影响机理。对绝缘子表面电场分布进行了模拟计算，实验研究了绝缘子污染对开关自击穿电压的影响，得到了开关自击穿电压和绝缘子表面绝缘电阻的变化规律，开关在放电电流32 kA实验条件下工作13 000次后，自击穿电压平均值由171.5 kV降低至130.8 kV，绝缘子表面绝缘电阻由200 GΩ下降至22.6 GΩ，绝缘子已无法正常使用。同时提出了提高绝缘子抗污染能力、延长绝缘子寿命的措施和方法。

基于单台脉冲功率源产生多路电子束驱动多路微波器件的构想，提出了一种三路螺旋线输出方案，三路脉冲是由同一主脉冲产生，具有时间同步精度高的特点。以Tesla型脉冲功率源TPG2000为基础，经过理论计算，给出了三路输出线理论设计结果，对脉冲传输过程进行了建模仿真和结构优化，得到了三路参数相同的脉冲，其中两路脉冲比另一路延迟20 ns。

结合磁绝缘传输线运行特征,阐述了磁绝缘传输线的电路模拟方法，开发了基于波过程的磁绝缘传输线电路模拟程序。探讨了磁绝缘传输线运行状态判断、运行阻抗、电子流损失等的物理描述，分析了不同物理模型对电路模拟结果的影响。结果表明：因阻抗过匹配所致电子流损失是Z箍缩装置磁绝缘传输线电路模拟中需重点关注的问题。建立在现有物理模型基础上的电路模拟是后验的，可为丝阵负载结构优化设计、负载电流和内爆特性评估提供参考，可满足磁绝缘传输线一级近似设计要求。但对未来更高电流参数下磁绝缘传输线的设计还需从试验和理论上深入理解磁绝缘现象和运行过程。

基于有限元分析软件ANSOFT对触发真空开关触发极附近的静电场分布进行了仿真，并对其工作在不同的极性配置方式下开展了一系列实验。主要研究触发真空开关极性配置方式与导通时延的大小及其分散性的关系，同时分析了静电场对初始等离子体扩散的影响，从而为触发真空开关的结构优化设计提供理论依据。仿真结果表明：当触发极工作在正极性配置下，可以增强触发极附近阴极表面的电场强度，从而有利于阴极斑点的形成，减小导通时延及其分散性，提高其可靠性。实验验证了触发真空开关在正极性配置下的工作可靠性高、时延小，与仿真分析结果一致。

在常规大气环境条件下，基于单极性纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究。结果表明:纳秒脉冲表面介质阻挡放电的本质是丝状放电，放电集中在电压脉冲的上升沿；激励电压和脉冲重复频率越大，放电越强烈，越接近均匀放电，但电压的作用更侧重于均匀性，而频率的作用则侧重于放电的强度；电极间隙的优化可以使表面介质阻挡放电特性最好；玻璃作为阻挡介质时容易发生沿面闪络。surface dielectric barrier discharge1,2

：使用上升沿15 ns、脉宽30~40 ns的重复频率纳秒脉冲电源对120 kV下大气压空气中管-板电极结构电晕放电进行了实验研究，通过电压电流测量、放电图像拍摄和X射线探测分析了纳秒脉冲电晕放电特性。结果表明：纳秒脉冲电晕放电中存在X射线辐射，但辐射强度较弱，X射线辐射计数随着气隙距离的增大而减少，随着脉冲重复频率的增大而增多；放电空间的残余电荷加强了下一个脉冲到来时的局部电场，从而导致高重复频率下易于出现分散的电晕通道。

为了寻求可用于快前沿直线型变压器驱动源最理想的多间隙气体开关结构，利用有限元分析软件模拟计算了几种不同电极结构气体开关内各间隙在开关触发前后的电场分布，并利用新型开关电路模型研究了气体开关触发导通前均压措施对开关内部各间隙电场分布均匀性的影响，以及触发后各中间电极对主电极杂散电容与气体开关内电场分布规律之间的关系。结果表明：圆形环状结构电极有利于形成稳定的多通道放电，降低开关的电感及抖动；在开关各个间隙之间并联相同阻值的电阻可以有效地改善开关直流耐压特性；在开关触发导通时，各间隙的电压分布主要与触发电压的上升时间、各个电阻及杂散电容值有关；触发电压的上升时间越短，杂散电容值对间隙电压分布的影响越明显。

采用2种电阻率的钒掺杂半绝缘6H-SiC晶体制作了横向结构的碳化硅光导开关，分别加载不同的偏压、并使用不同能量的激光触发开展光电导实验。对比实验结果表明：高暗态电阻率的碳化硅光导开关耐压特性远远优于低暗态电阻率的碳化硅光导开关，耐压从4 kV提高到了32 kV；但高暗态电阻率的开关导通电阻也较大，导通电阻为kΩ量级，比低暗态电阻率的碳化硅光导开关的近百Ω增加了1个量级。通过激光脉冲波形与光电流脉冲波形的比较，估算出2种光导开关的载流子寿命和载流子迁移率。将这2个参数与砷化镓光导开关进行比较，推导出低的载流子迁移率是碳化硅开关导通电阻较大的主要原因。在实验和分析的基础上改进设计，研制出了工作电压超过10 kV、工作电流超过90 A的碳化硅光导开关。

使用上升沿40 ns、脉宽70 ns的重复频率单极性纳秒脉冲电源，采用双水电极结构产生大气压空气中介质阻挡放电。测量了纳秒脉冲下介质阻挡电压和电流，并获得长曝光时间和ns级曝光时间的放电特性，采用曝光时间为2 ns的高速摄影拍摄放电发展过程。结果表明：大气压空气中，水电极结构纳秒脉冲介质阻挡放电能够产生稳定均匀的放电等离子体，且存在二次放电。高速摄影对放电发展过程的拍摄结果表明:放电首先由电极中部开始发展，径向扩展至整个电极范围。dielectric barrier discharge in atmospheric air

采用单针式电极，使用单极性重复频率脉冲电源，在常压氦气、氩气、氮气和空气中得到等离子体射流，并改变电压、流量和气体种类，分别观察不同的实验条件对等离子体射流的影响。实验结果表明：射流长度随施加电压的增加而增长；随着流量的连续变化，射流长度先逐渐变长，达到峰值后由于湍流影响，长度又逐渐缩短，达到一定流量后趋于饱和。此外，不同工作气体中的等离子体射流呈现截然不同的外观，氦气和氩气中射流呈针状模式，长度可达7 cm以上；而在氮气和空气中，射流呈现为长度不超过2 cm的刷状模式。

为了实现在大气压下低触发电压的多通道放电，以阵列微孔阴极结构作为触发装置设计了一种新型纳秒脉冲开关。以激光打孔的双面环氧板为阵列微孔阴极，研究了开关工作系数、微孔阴极放电电流、微孔阴极孔数及微孔阴极孔径对开关触发电压、延迟和抖动时间的影响。实验结果表明：更多的阵列微孔、100 μm的微孔孔径能够降低开关的触发电压，同时高开关工作系数、大触发电流、多阵列微孔能够减少开关的延迟和抖动时间。因此，为了获得更高性能的纳秒脉冲开关，除了对开关结构的进一步改善，这几个影响开关性能的因素是设计开关时应主要考虑的。

根据已有的实验数据和理论，给出了抖动和延时的数值表示，利用Matlab软件生成随机数组模拟开关延时和抖动。在Simulink环境下建立简化模型仿真多子块并联直线型变压器驱动源（LTD）模块的工作特性。通过M文件控制模块内多个开关的击穿时序仿真开关抖动，分析开关抖动对40个支路并联输出电流1 MA、上升时间100 ns的LTD模块输出功率峰值及前沿的影响。模拟结果表明，在一定范围内，随着抖动增大，LTD模块输出功率峰值减小，脉冲前沿显著增加，系统的稳定性随抖动增加而降低。随着开关抖动增大，输出到负载的峰值功率减小的速率增大，而脉冲前沿近似于线性增加。由于开关抖动将影响负载输出，为满足一定的系统可靠性要求，存在一个抖动阈值，对于40个子块并联的1 MA LTD模块，在系统可靠性要求±5%时，其抖动阈值约为17 ns。

高功率开关是脉冲功率装置中的重要部件。介绍了2 MV激光触发多级气体开关的设计思路，给出了开关在强光一号装置上的的静态实验和触发实验结果。实验结果表明：开关的性能基本达到设计的要求；开关在低阻抗传输线中进行实验，面临传输电荷量大的问题，传输电荷越大，将导致更多的放电产物，从而使绝缘能力下降,直接影响开关的使用寿命。

介绍了利用大功率半导体激光二极管触发3 mm间隙GaAs光导开关、产生非线性电脉冲输出的实验，激光二极管输出功率为70 W，上升前沿约20 ns，脉冲半高宽（FWHM）约40 ns。随着开关两端偏置场强增加，输出电压也线性增加，当偏置场强超过一定阈值，增至约2.53 kV/mm时，经过一个较小的电压峰值和时间延迟后，输出电压急剧增加，产生雪崩现象。实验结果表明:GaAs开关非线性输出的产生与载流子聚集和碰撞电离有关，偏置电场的提高增加了开关芯片中载流子聚集数量，加剧了碰撞离化程度，从而使开关从线性模式进入雪崩模式。

通过短接电极间隙，开展了3 MV多级多通道缩比开关不同间隙级数和单独触发间隙的自击穿特性分析，结果表明：自击穿电压随电极间隙距离不是线性增加，与Bradley经验公式存在差距。采用Ansoft软件模拟了实验开关不同级数的电场分布，得到不同级数开关电场分布的不均匀系数。结合缩比开关自击穿实验数据、Bradley经验公式和电场分布不均匀系数，在Bradley经验公式中加入开关作用时间因素和电场不均匀系数，得到一个Bradley外推公式，能较好地反应多级多通道气体开关的自击穿电压，使3 MV实际开关自击穿电压理论值与实验值误差减小到5%。

介绍了基于强光一号实验平台的2 MV级激光触发开关（LTGS）实验中触发系统的设计与应用情况。系统中使用了一台266 nm 四倍频Nd:YAG激光器，单次触发输出参数为80 mJ,7 ns,0.5 mrad的激光脉冲，用于触发LTGS。激光器的触发源为两台DG535脉冲发生器，联合强光一号触发信号发生装置使用，保证了激光脉冲与开关电压峰值的同步性。触发系统在自击穿电压波峰前200 ns将激光脉冲馈入开关，在充气0.2～0.3 MPa条件下均能成功触发，得到了充气0.3 MPa时触发抖动3.86 ns的结果。

搭建低电感实验回路平台，利用高速分幅相机拍摄火花开关放电通道发展过程，分析照片光强和放电通道半径的对应关系，根据图片光强测定不同时刻放电通道的半径，提出适合实验条件的放电通道半径计算公式。依据高压探头和Pearson线圈测量得到的放电通道电压和电流波形，计算放电通道的电阻，再利用测量的放电通道半径进而得到其电导率。放电通道半径随着放电通道的发展逐渐增大，有饱和的趋势，放电电流2 kA时电流峰值处放电通道半径约0.6 mm；随着放电电流峰值的增大，放电通道电阻下降速率增大，达到稳定值所需的时间减小，稳定值也随之减小，其电阻稳定值最小能达到0.08 Ω。

基于已经研制完成的100 kV/100 kA快脉冲直线型变压器驱动源（LTD）原型模块，设计研制了输出电压/电流分别为1 MV/100 kA（功率为100 GW）的快脉冲LTD装置。装置由10级100 kV/100 kA快脉冲LTD模块串联而成，总储能为20 kJ，装置直径约1.5 m，长度约2.2 m。最终在±85 kV充电电压下，二极管负载上获得的电流约为116 kA，电压约为1.1 MV，电压上升时间53 ns，电压脉宽146 ns，二极管阻抗约为9.4 Ω。

介绍了14支路并联的300 kA百ns直线型变压器驱动源单级模块的结构和关键部件。模块通过采用双端引出电极电容器以及小型多间隙串联气体火花开关，可以并联更多的支路数，减小回路电感，提高储能密度；通过采用非晶磁芯，减小磁芯损耗，提高模块耦合效率。实验研究了初级气体开关工作系数对模块输出的影响，实验结果表明：模块开关电压工作系数达到0.7，多间隙串联开关才能较好同步放电；给出了快直线型变压器模块的初步调试实验结果，在模块充电±90 kV，开关气压0.32 MPa情况下，匹配负载电流峰值可达到302 kA，上升时间约100 ns，负载上获得的峰值功率为23 GW。

采用模块化结构，设计了一种卷绕式螺旋形薄膜介质脉冲形成线，并且对绝缘材料、电极材料的选择依据进行了分析。基于模块化卷绕式脉冲形成线，研制的重复频率脉冲方波产生器采用4个开关同步触发四级形成线模块，从而实现多模块的电压串联叠加，以达到产生高压的目的。开关采用气体火花间隙开关，每级开关及充放电采用电感隔离。研制的脉冲产生器输出电压220 kV,脉冲宽度182 ns，前沿50 ns，可10 Hz重复频率稳定运行。

为研究丝阵负载对X箍缩的影响，设计了一台紧凑型脉冲功率发生器。介绍了该脉冲功率发生器的设计及初步实验。根据装置的结构特点，研制了一种利用金属膜连接传输线外筒与负载内筒，构成回路测量负载电流的探头。结果表明:在对Marx电容器充电60 kV时,输出电流峰值117 kA，脉宽 60 ns，上升沿22 ns，该装置已经成功箍缩出X射线。

从滑动电接触电阻大小的角度，详细分析了在时序放电条件下，两颗重约为5 g的电枢，以速度为1 000 m/s,166 Hz连续发射试验。通过近似计算电流所流经轨道电阻及电枢体电阻所产生的温升，对滑动电接触电阻的影响。结果表明:连续发射运行模式下，受轨道表面温度上升的影响，第二发电枢的滑动接触电阻略高于第一发电枢的滑动接触电阻，表面滑动电接触性能受到温升的影响，在两连发的发射情况下，其影响虽不是很大，但多发高频连续发射就必须考虑热管理问题。launcher system in rapid fire mode

设计了一种基于全固态MOSFET半导体开关器件的Marx脉冲发生器。充电回路用快恢复二极管代替充电电阻，减小了充电部分功率损耗；将主电路和驱动电路集成在一起，采用自取电模式给驱动电路供电；由光纤传输驱动信号，抑制了放电回路对触发信号的干扰；采用顺/逆时针方向环形分布的紧凑型拓扑结构，不仅减小了回路电感，而且实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的Marx发生器充电部分仅需提供900 V低压，用180级单元串联，获得最高幅值为150 kV、脉宽1~5 μs可调的高压快脉冲，前沿控制在500 ns以内。利用该脉冲发生器在50 kΩ电阻和5 pF电容并联的等效负载上进行了一系列实验；比较分析了脉冲发生器工作过程中影响脉冲上升沿的几个主要因素，包括回路电感、MOSFET驱动电压及主回路分布电容等，并讨论了提升脉冲前沿的技术措施。

给出了一种基于TTL数字电路作为高压脉冲源触发控制单元的设计原理和方法。介绍了高压脉冲源的工作原理，设计了一台脉冲输出幅度5 kV、脉冲宽度大于200 μs及脉冲前沿小于30 ns的高压脉冲源。将触发控制单元和前级开关金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）组合成一体，控制后级气体高压开关管放电输出高压脉冲信号。实验结果验证了所采用的设计原理及方法的可行性，给出了单次触发情况下的实验结果。

根据重复频率脉冲功率系统中大功率开关器件氢闸流管的触发原理，针对选用的氢闸流管VE4147的触发要求，设计了直流偏压-150 V、空载电压2 000 V、脉冲电流10 A、脉冲宽度800 ns、重复频率10 kHz的触发器。设计中着重从增强抗干扰能力、降低功耗、改善散热等方面进行考虑，保证触发器以10 kHz的重复频率持续工作，已经应用于100 kV/2 kHz高压脉冲电源、70 kV/10 kHz氢闸流管老练平台、150 kV/1 kHz可调脉宽电晕等离子体驱动源等多个重复频率脉冲功率系统中。

对PTS装置的24台Marx发生器进行了独立调试实验，实验结果表明：在充电电压60 kV、工作欠压比62%条件下，24台Marx发生器的输出电压的时延在245～285 ns的范围内，时延最大差异为40 ns，时延抖动均小于10 ns。通过对PTS装置控制时序和中间储能器充电电压波形的分析，认为Marx发生器输出电压的时延差异在50 ns内，中间储能器上总的电压损失小于1%，对主开关的工作状态基本上没有影响。

介绍了Pspice子模块的建立方法；根据气体开关和强流二极管的工作原理，建立了能够较为准确描述这些部件工作过程的子模块；模拟了“闪光二号”加速器二极管正常工作和短路状态下的电压电流输出结果，二极管电压电流和阻抗模拟结果与实验结果基本一致。建模方法和参数控制方法可以用于阻抗非线性、工作过程复杂、随机性较大的部件的电路模拟，有利于使用大规模相同部件电路的参数控制。

针对采用串联谐振变换器电容器充电电源的不足，通过分析、改进并联谐振变换器拓扑，研制了基于并联谐振全桥变换器研制的10 kJ/s，100 kV电容器充电电源，变换器开关采用脉冲宽度调制技术，开关频率达40 kHz，电源的反馈控制电路基于数字信号处理全数字控制器。并给出了充电电源及主要部件高频高压变压器的设计注意事项、经验及实验结果。

介绍了一种基于空芯变压器的三谐振高压脉冲变压器。通过对三谐振脉冲变压器无损等效电路的理论分析，给出了在回路本征频率1∶2∶3时，电路各参数的关系及输出电压解析表达式，此条件下负载电压最大值为空芯变压器次级高压输出电压的2.77倍。根据理论分析及电路模拟的结果，提出了适用于三谐振脉冲变压器的设计方法——迭代模拟法，并采用迭代模拟的方法在研制的空芯变压器基础上研制了一台基于三谐振脉冲变压器的脉冲功率源，进行了实验研究。实验结果表明:所研制的三谐振脉冲变压器输出电压的最大值可以达到锥形高压绕组输出电压的2倍，系统最大工作电压约为600 kV，与理论分析的结果相吻合,说明将任意一台双谐振脉冲变压器改造成三谐振脉冲变压器具有可行性。

介绍了“闪光二号”加速器在实验运行过程中，Marx发生器、水介质同轴线和二极管的常见故障。Marx发生器200 kV气体开关、水介质同轴线的主开关和预脉冲开关、二极管阴极表面电场和阴阳极间隙等是各部分出现故障的主要原因，针对故障采取相应的维护措施和注意事项，可实现“闪光二号”加速器正常稳定的运行。

给出一台脉冲间隔100～1 000 ns、脉冲数2~5个、二极管电压3 MV、引出束流强度2.5 kA的猝发多脉冲电子束源的物理设计及初步调试结果。在设计中，采用感应叠加和阻抗匹配方案获得二极管高电压脉冲；试验中分别采用天鹅绒和大发射面储备式热阴极获得猝发多脉冲电子束。调试结果表明：采用大发射面热阴极可避免阴极等离子体产生，确保二极管在猝发多脉冲状态下稳定运行。初步调试获得大于2.7 MV猝发三脉冲二极管高压，并获得1.6 kA的三脉冲电子束流。

GW级Tesla型脉冲源在触发开关技术研究中作为触发脉冲源使用，抖动较大，触发开关工作不稳定，需要为其研制一台触发器以解决这一问题。结合其他使用需求，设计了一台百kV级纳秒脉冲源，该脉冲源采用Tesla变压器结合单筒脉冲形成线结构，进行了Tesla变压器结构、Tesla变压器初次级参数、Tesla开路磁芯与初级电路设计，调试结果为：最高输出电压100 kV，峰值功率250 MW，重复频率1~100 Hz，输出脉冲宽度约4 ns，前沿约1 ns。该脉冲源作为触发器使用，可以将GW级Tesla型纳秒脉冲源抖动由500 ns降低至150 ns，满足触发开关研究需求，还可用于产生超宽谱短脉冲进行辐射。

介绍了脉冲X光机驱动源——300 kV高压脉冲发生器的研制，高压脉冲发生器选择双边充电回路的Marx发生器结构，采用紫铜火花隙开关和隔离电感为发生器的结构元件，低感陶瓷电容为储能元件，这种结构不仅减小了回路电感，同时实现了脉冲发生器的小型化与模块化。所设计的高压脉冲发生器在75 Ω负载上获得脉冲半高宽小于等于100 ns、幅值200～300 kV可调的输出电压。高压脉冲发生器内可直接安装X光管也可通过高压电缆与X光管连接，很好地满足了X光机的需要，研制的高压脉冲发生器具有性能稳定、结构紧凑、使用方便等特点。

在高频交流链接技术（HF AC-link）充电电源理论、数值仿真和实验研究的基础上，研制了一台充电速率为60 kJ/s、输出电压为50 kV的样机。电源主要由LC三相滤波器、矩阵开关、串联谐振单元和高频变压器4部分组成，分别给出了这几个部分的详细设计。利用高频交流链接技术的优势和合理的结构设计，使得该充电电源的功率密度大于0.6 W/cm3，同时实验结果表明，该充电电源的功率因数大于0.95，效率大于90%。因此，该充电电源具有高功率密度、高功率因数和高效率的优点。

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。

利用3维高频软件对大间隙速调管输出腔及其同轴提取波导金属支撑杆进行了高频分析，建立了带双排金属支撑杆的大间隙输出腔3维结构模型，采用3维PIC程序对该输出腔的提取效果进行了粒子模拟。研究结果表明：作为输出腔同轴提取波导支撑的第二排支撑杆，和兼作输出腔腔壁的第一排支撑杆，都会影响输出腔的高频谐振特性，因此必须结合大间隙输出腔进行一体化设计；此时同轴提取波导支撑杆设计的基本原则不以追求最高的TEM模式传输效率为目的，而是通过控制双排支撑杆的散射特性，得到合适的外部品质因数和间隙电场强度。在注入电功率约2.9 GW，束流调制深度90%时，设计的带双排支撑杆的3.6 GHz大间隙输出腔结构，可提取约1.06 GW的平均功率，效率约36.5%。

针对气体碰撞电离过程，介绍了蒙特卡罗碰撞（MMC）的处理方法，利用MMC方法编写了气体碰撞电离模块，将其移植到3维全电磁粒子模拟程序NEPTUNE之中，模拟了充有He气的磁绝缘线振荡器（MILO）。模拟结果表明：当He气密度较低时，电离的正离子由于较重无法自由移动，形成了正离子通道，可以有效中和电子束空间电荷场，有利于电子束传输和群聚，提高了束波互作用效率，微波输出功率得到了明显提高，起振时间也有所缩短；当进一步增加He气密度时，电离碰撞增强，电子和离子数目会雪崩式增长，电子束由于碰撞增强而导致能散度增大，其负效应已经远大于中和空间电荷场的正效应，反而不利于电子束的群聚和共振，从而导致输出微波功率降低乃至截断，起振时间缩短是由于其在非雪崩阶段的正效应积累所致，但是随着负效应的增强起振功率不能得以维持，二极管最终将闭合。另外，还模拟了MILO填充空气、水蒸气及二氧化碳等多原子、多组分气体的碰撞电离物理过程。模拟结果显示，同压强情况下，填充空气、水蒸气及二氧化碳的脉冲缩短现象要比填充He气等较低原子序数气体的情况严重得多。

基于菲涅尔原理及卡塞格伦天线设计方法,设计了一种口面直径为200 mm的卡赛格伦菲涅耳相位修正平面天线。天线采用连续相位修正方式，由一组同心菲涅耳相位修正圆环组成，与传统卡赛格伦抛物面天线相比，该天线具有平面化结构，大大减小了天线自身重量，天线辐射性能较离散相位衍射天线有大幅度提高。在95 GHz频率下，采用物理光学法进行仿真计算，并采用近场扫描系统进行了天线性能测试，天线3 dB波束宽度分别为0.95°及1.05°，天线实测增益为44.1 dB，天线口面效率为65%。

利用3维电磁场与粒子模拟软件对S波段多注相对论速调管放大器进行了分析设计和模拟计算。通过对谐振腔本征模的计算确定腔体的冷腔高频特性，采用3维的粒子模拟软件（PIC）模拟分析速调管各腔及整管的束波互作用过程。模拟结果表明：通过引入同轴谐振腔结构，使电子注不必集中在谐振腔中心通过，降低了电场不均性对束波互作用的不利影响；通过引入多电子注，电子在相对较低的轴向聚焦磁场下依然拥有较高的通过率，降低了速调管对聚焦磁场的要求。模拟中采用3个同轴谐振腔进行束波互作用，在输入电压700 kV、束流5.8 kA和聚焦磁场0.4 T的情况下，得到了功率1.4 GW的输出微波，效率为35%。

对速调型相对论返波管慢波结构色散特性及束波相互作用进行了理论研究。色散特性研究表明：器件工作模式为TM01模，近π点，耦合阻抗较高。色散特性预测的工作频率与粒子模拟结果非常接近。慢波结构峰值增长率相对较小，这与电子束与慢波结构相距较大有关，因而器件从起振到饱和的时间较长。在束波相互作用理论中，全面考虑了电子束与慢波结构前向波基波、反向波－1次空间谐波及空间电荷场相互作用、谐振反射器对电子束进行的束流调制和能量调制作用，以及调制腔和提取腔处引入的耦合阻抗及轴向波数突变。稳态和非稳态计算结果均获得了超过40%的束波转换效率。

研究了一种基于螺旋波纹波导特殊色散特性对输入微波脉冲进行压缩的新方法。利用3维全电磁粒子模拟软件对X波段螺旋波纹波导进行了建模，模拟分析了该波导的特殊色散特性及提高功率增益的方法，并将已有模型脉冲压缩增益提高了6.65。模拟结果表明：通过优化输入微波的频率调制特性，可以获得更加符合被动式脉冲压缩所需要的调频形式；采用改进后的椭圆波导，可以得到更有利于被动式脉冲压缩的本征模式；通过延长渐变段长度，可以减少规则段和渐变段之间不均匀性造成的微波反射，从而实现更高的脉冲压缩增益。