磁控管结构以及类磁控管结构(无阴极)是具有衍射输出结构的磁控管最基本的组成单元，分析这两种结构的色散关系是研究具有衍射输出结构的磁控管模式转换和传输特性的基础。在基于场匹配法得到类磁控管结构的色散关系的同时，利用数值计算定量分析了6腔和2腔磁控管结构以及类磁控管结构中的π模谐振点随结构参数的变化关系。分析结果表明：对于磁控管结构，当阴阳极间距一定时，π模谐振波数随谐振腔半径的减小而增大；当谐振腔半径一定时，π模谐振波数随阴阳极间距的增大而增大；对于类磁控管结构，π模谐振波数随谐振腔深度的减小或提取腔半径的减小而增大。

将10级陡化前沿Marx发生器由电阻隔离型改造成为电感隔离型,以便对其开展重频特性研究。通过恒压源充电的单次实验发现,发生器在氮气(N2)中工作时,两种隔离方式的输出脉冲波形基本一致,然而在六氟化硫(SF6)气体中工作时,电感隔离型相对于电阻隔离型的输出脉冲前沿较慢;对其原因做出了初步分析。在利用恒流充电装置充电的重频实验过程中,通过采用提高充电电流的方法,解决了发生器恒流充电时的充电脉动问题,进而开展了重复频率运行实验研究。实验结果表明,在不对开关进行吹气的情况下,当充电30 kV时,发生器可以在8.2 Hz的重频下稳定工作,输出脉冲的重叠一致性比较好,输出电压约为150 kV,电流约为1.8 kA,脉冲前沿为十几ns。

为了快速有效预测金属光子晶体光纤(MPCF)中表面等离子体激元模式和纤芯导模的耦合位置(即带隙), 在光子晶体光纤的反共振反射光学波导模型(ARROW模型)和表面等离子体激元模式的螺旋模型(Spiraling model)的基础上, 拓展出金属光子晶体光纤的Metallic ARROW模型(MARROW模型)。然后, 利用该模型计算出金、银各两种金属光子晶体光纤中的模式耦合位置, 所得结果与已发表的实验结果吻合较好。

设计了10级同轴结构的陡化前沿Marx发生器，实现了电容储能型脉冲功率调制系统的小型化。该系统采用3nF低电感电容器作为储能电容，采用固体电阻作为充电电阻，通过各级短间隙气体火花开关迅速放电及级间紫外光耦合在50Ω负载上建立了陡化前沿的输出电压波形。在考虑开关电极分散电容、等效传输线效应及回路电感等因素基础上，利用自击穿火花开关模型建立了等效放电电路模型，并利用PSpice电路模拟软件进行了数值模拟。根据数值模拟结果设计加工了10级陡化前沿的Marx发生器实验装置，在较低充电电压下(7kV与11kV)，得到了初步实验结果，输出电压波形大致为方波，相对于传统Marx发生器输出前沿缓慢的三角波有较大改善，半高宽为40～50 ns，前沿时间为十几ns，幅值约为41 kV和57．5kV，实验结果与模拟结果基本一致。

计算了折叠型平板Blumlein线平板部分的特征阻抗;对折叠部分的特征阻抗,采用基于单位长度电感和电容概念的方法进行了理论分析,并基于等效能量概念进行了数值计算,两种方法计算得到的特征阻抗值基本一致,而且与平板部分的阻抗值相差不大.使用电磁场模拟软件计算模拟了不同折叠内半径的折叠部分的电场分布,从而确定了最佳折叠半径;采用等效电路分析方法对匹配负载上得到的电压电流波形进行了模拟.设计并制作了折叠半径为10 mm,耐压500 kV,延时100 ns,特征阻抗为4.773 Ω的折叠型平板Blumlein线.在二极管匹配负载上得到幅值为500 kV,脉宽100 ns的电压波形和幅值为50 kA的实验电流波形.结果表明平板部分和折叠部分的特征阻抗的差值对实验波形几乎没有影响.

对折叠型平板Blumlein线的特征参数进行了理论分析,采用模拟软件对传输线中的电磁场分布和波的传播过程进行了计算.根据理论分析和计算结果设计并制作了耐压600 kV、延时40 ns、特征阻抗为5 Ω的折叠型平板Blumlein线,该Blumlein线以Kapton薄膜为介质、以铜板为导体,腔体尺寸为1.2 m×40 cm×40 cm,初步实验在水电阻匹配负载上得到幅值为400 kV、脉宽36 ns的电压波形和幅值为40 kA的电流波形.在同样体积下进一步设计制作了耐压600 kV、延时150 ns、特征阻抗为15 Ω的折叠Blumlein线,得到幅值为450 kV、脉宽150 ns的电压波形和幅值为18 kA的电流波形.

基于Rompe-Weizel火花动态电阻公式,数值计算了电容器经火花开关放电时负载电阻上的输出电压.在相同电参数条件下,计算所得的峰值电压为54 kV,前沿为2.0 ns,与实验所得的55 kV和2.3 ns基本吻合.基于Braginskii火花动态电阻公式,在假定火花开关电导率恒定与电导率渐变的条件下,利用传输线放电电路数值计算了气体火花开关的非线性动态电阻.与已有实验测量结果(0.7～0.9 Ω)对比,发现电导率渐变模型(0.5～0.8 Ω)更适合用于反映火花开关的动态电阻变化过程.进而在此模型中引入了负载电阻项,通过计算负载端的透射电流,数值计算得单脉冲形成线对负载放电时的电压脉冲前沿为7～9 ns,而利用单线经高压氢气自击穿火花开关放电得到初步实验结果为8 ns.

设计制作了一个有多通道连接的类似轨道的平行电极结构的开关,给出了开关的结构,对开关内的电场分布做出分析,利用Pspice软件对安装在实验装置中的开关的电压电流进行了计算.实验测得此开关在实验系统中耐压约为500 kV,导通时通过阻值为1 kΩ的水电阻负载的电流为400 A左右.实验所得电压电流波形与模拟结果基本吻合.实验证明此开关具有体积小、更适于平板传输线的结构等优点.

在对储能网络的快速恒流充电和氙灯的预燃状态下,通过控制火花隙触发开关上的电压和重复频率,实现"热容"模式下运行的氙灯泵浦钕玻璃激光器的激光输出.初步实验指标达到:重复频率4 Hz,40 J/脉冲,出光25 s,输出能量4 kJ,工作间隙10 min,每次工作出光可将1.5 cm厚的铝板打穿.该激光器的功率输出可定标放大到kW量级以上,适合进行一些固体热容激光器特点的相关实验.

动态级联型爆磁压缩发生器由多级构成,后一级俘获前一级的磁通进而将能量放大.用镜像电流法计算装置等效电感和电阻,用磁通俘获模型计算两级间磁通耦合,并假设损耗电阻正比于直流电阻.用该等效电路方法计算了一种两级动态级联型爆磁压缩发生器的静态和动态电路参数,并对其输出电流波形进行了模拟,同实际测量和实验结果进行了比较,同时对该装置通过脉冲变压器对脉冲形成线的充电过程进行了简单的模拟计算.结果表明,该计算方法对级联型爆磁压缩发生器的优化设计和应用研究具有较好的指导作用.另外两级磁通俘获模型对于间接馈电(线圈或永磁体)装置模拟计算也有一定的参考价值.