设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管( MOSFET)的高压开关组件。通过串联20只1 kV的RF MOSFET单元电路, 获得耐压 10 kV以上的高速、高重复频率的开关组件。开展了高压开关组件的结构设计和 1 kV的RF MOSFET单元电路设计及散热设计。利用开关组件进行了10 kV脉冲源实验装置设计, 测试结果发现脉冲前沿较仿真结果变缓。

设计了基于低阻形成线对非匹配传输线充电型宽谱振荡器，介绍了振荡器的工作原理。在数值模拟分析的基础上，完成了低阻形成线、非匹配传输线的结构设计。此宽谱振荡器在1 MV Marx实验平台上开展了实验研究，在主开关的间隙为14 mm、气压1.5 MPa，短路开关间隙为6 mm、气压1.0 MPa，锐化开关间隙为4 mm、气压1.1 MPa的条件下，实现了宽谱脉冲重复频率20 Hz稳定输出，中心频率达到260 MHz。采用低阻形成线对非匹配传输线充电技术，既实现了高功率宽谱振荡脉冲又提高了脉冲的中心频率。

设计了一种基于功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)为开关的高压脉冲电源。采用自匹配传输线结构线路形式，串联多个以光纤信号隔离触发的MOSFET作为高耐压开关，在传输线的外皮产生2个纳秒脉冲，再用传输线变压器对2个纳秒脉冲进行功率合成，在200 Ω负载上输出了幅度20 kV，重复频率20 kHz，脉冲宽度约40 ns的脉冲。分析脉冲源装置结构，对实验装置建立仿真模型，阐述了输出波形畸变的原因，给出了影响输出脉冲波形特性的因素，为下一步优化波形工作提供了理论参考。

通过对国内外瞬时多脉冲产生技术的调研, 结合超宽谱脉冲的特点, 开展脉冲分割方式产生超宽谱多脉冲、形成线串联方式产生超宽谱多脉冲、多脉冲合成方式产生超宽谱多脉冲的技术研究, 确定利用形成线串联方式产生超宽谱多脉冲的技术路线；对充电时间和开关电容等对产生多脉冲的影响因素进行分析和实验研究, 改进了四脉冲形成线充电方式, 完成超宽谱四脉冲产生实验装置的设计, 在负载上获得瞬时超宽谱多脉冲, 脉冲数4个, 脉冲宽度3.5 ns, 输出脉冲之间的间隔小于10 ns。

设计了基于交叉耦合铁氧体非线性传输线高功率射频微波产生系统，系统由脉冲形成线、非线性传输线以及高功率匹配负载(或组合振子辐射天线)组成。由100 kV高压电源和高压微波电缆构成单传输线高功率脉冲形成线，形成线输出脉冲幅度35 kV，脉冲半宽60 ns。高压脉冲经过非线性传输线的脉冲压缩和调制，与高功率匹配负载相连时，实验得到了峰峰值31 kV、中心频率308 MHz、3 dB带宽为13%的射频振荡脉冲; 与组合振子天线相连时，实验得到了中心频率380 MHz、3 dB带宽为12%的宽谱辐射。实验结果与数值模拟基本吻合。

给出了模拟交叉耦合磁饱和非线性传输线的数值模拟方法,算法基于传输线各节点的时域差分方程组进行步进迭代,其中利用J-A模型描述传输线中铁氧体磁芯的非线性磁化行为.根据节点电路方程推导了非线性传输线色散关系,设计了输出频率为300 MHz的交叉耦合磁饱和非线性传输线,利用本数值模拟方法对交叉耦合磁饱和非线性传输线的物理过程进行了分析,在充电电压达到30 kV时获得了频率303 MHz、峰峰值不小于40 kV的高压射频脉冲输出.

设计了MV级小型重复频率Marx发生器, 简化了发生器充放电回路, 减小了能量损失；分析了隔离电感变化时对发生器输出脉冲电压波形的影响, 减小了隔离电感体积, 提高了隔离有效性；优化了开关腔体结构, 实现了间距连续可调, 且受外围结构的变化或振动影响, 13个开关间隙置于同一垂线上, 火花放电时产生的紫外线或射线相互照射, 加速了开关导通, 减小了Marx发生器输出电压抖动。塑壳电容降压使用, 提高了发生器的可靠性；通过Pspice模拟和三维静电场分析, 实现了发生器小型化, 整个Marx发生器放置在一个密封纯净SF6气体的金属圆筒内, 体积小于0.25 m3。优化设计和实验研究, 发生器在高阻负载上输出峰值1.02 MV、前沿约30 ns的高压脉冲, 发生器储能290 J, 电压幅度抖动约10%, 前沿抖动小于10 ns, 可实现重复频率20 Hz稳定运行。

为了提高宽谱高功率微波辐射源的辐射因子，提出采用双路同步输出的宽谱谐振器驱动2×2宽带高功率贴片天线阵的技术思路。设计了一种双路同步输出的宽谱高功率脉冲谐振器，由两个同轴谐振腔尾尾相连，并共用一个环形对地开关，实现两路宽谱脉冲的同步产生与输出，通过对“T”形充电结构进行优化，使输出宽谱脉冲幅值达到充电电压的0.89倍。2×2宽带高功率单层贴片天线阵采用气体基底和单层贴片结构以降低重量，单层贴片设计为E形以拓展工作带宽，通过对天线阵几何参数进行全局优化，优化后的天线阵百分比带宽为47%(驻波比VSWR小于2)，中心频率300 MHz的增益为11.8 dB。对天线阵工作过程中的电场强度分析表明，在天线罩内填充105 Pa的SF6气体时，理论功率容量可达到7.4 GW。对整个辐射系统的电性能进行了仿真分析，系统的理论辐射因子可达谐振器充电电压的2.8倍。

介绍了基于短路开关-锐化开关组合的非匹配传输线的工作原理，通过数值模拟分析了开关的导通时间、导通延时以及形成线的长度对输出宽谱振荡脉冲的影响。设计了非匹配传输线的实验装置并在500 kV Marx发生器上开展了实验研究。在短路开关间距为4 mm、腔体内充入SF6气体的压力为1.15 MPa，锐化开关间距为2.5 mm、腔体内SF6气体的压力为1.0 MPa的条件下，在50 Ω传输线上测得的峰值功率为3.3 GW，振荡脉冲的中心频率为169 MHz，百分比带宽为22.9%。