多注相对论速调管利用多注电子注并行工作，各电子注在传输过程中彼此独立，利于提高注波互作用效率，抑制杂模振荡。分析多注相对论速调管的小信号理论，从谐振腔内电场的场形函数出发确定了不同腔体结构的耦合系数的计算方法，得到了不同电子注形状、注数时的基波电流分量轴向变化过程，并进行模拟验证。结果表明： 同轴谐振腔的间隙耦合系数要大于圆柱腔的间隙耦合系数，采用同轴谐振腔更有利于注波互作用；电子群聚过程与每注电子注的势能密切相关，提高电子注数目有助于得到更大的基波电流分量。在电子注电压600 kV、电流5 kA、间隙电压30 kV的条件下，输入腔后的基波电流分量达800 A。

设计了一种辉光放电触发双级赝火花开关, 主要是阴阳电极、中间栅极和辉光放电腔的设计。通过增加中间栅极, 构成双级结构, 选用平板形结构, 板厚1.5 mm, 栅极孔尺寸1 mm, 三个栅孔均匀分布在直径5 mm的圆环上。辉光放电腔设计工作区域为Paschen曲线最低点左侧, 具有放电电流大、触发电压低等特点。实验表明: 双级赝火花开关需采用RC外均压电路, 使阳极电压在两间隙中均匀分配。在充电1~57 kV条件下, 开关均能可靠触发导通。当阳极充电57 kV时, 在50 Ω负载上获得了约56 kV、抖动1.4 ns的输出。

采用FR-4型PCB板材为传输介质，设计了一种五条线并联的形成线模块。为优化形成线电场分布，绝缘介质层内部嵌有屏蔽电极，分析得到内嵌导体对形成线的特征参量以及传输特性无影响; 形成线绝缘介质层厚度为4 mm，耐受电压超过200 kV，根据绝缘寿命公式分析，形成线可以在50～80 kV长时间工作; 将PCB板折叠线通过并联以及封装组成形成线模块，外观尺寸为700 mm×550 mm×40 mm，特征阻抗为5.35 Ω，通过搭建Blumlein装置进行实验，在充电50 kV条件下，测得输出电压为45 kV，脉冲半高宽140 ns，平顶宽度75 ns，前沿65 ns。

介绍了变阻抗线的工作原理, 给出了类Blumlein线结构变阻抗线的倍压特性, 变阻抗线能够实现能量的完全传输, 输出电压为输入电压的(n+1)/2倍; 以平板结构为例研究了变阻抗线中的阻抗偏差问题: 传输线实际阻抗较理论设计值偏大, 各级的偏差基本在20%以内; 通过电磁仿真研究了三级类Blumlein线结构变阻抗线中各级阻抗偏差对于倍压系数的影响, 在阻抗偏差范围内, 倍压系数随着阻抗的增大而减小, 倍压系数在1.9~2.1范围内, 给出倍压系数受各级阻抗偏差的影响规律; 设计了三级类Blumlein线结构平板传输线进行实验, 输出电压为3833 V, 与理论设计相符。

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%。

给出了赝火花开关所需辉光放电腔的具体要求,对赝火开关辉光放电腔进行了优化设计，并对优化后的放电腔进行了粒子模拟和实验研究。粒子模拟结果表明：此放电腔为辉光放电腔，辉光放电建立时间约18.5 ns；辉光放电时，此放电腔阴极位降占整个电位降的主要部分，且阴极位降区净离子密度为一常数。实验结果显示：此放电腔为辉光放电腔，其工作在Paschen曲线最低点左侧，放电电压随气压的升高而降低；当辉光放电电流为0.14～3.60 mA时，放电模式为正常辉光放电。

设计了一种辉光放电触发赝火花开关, 对其时延和抖动特性进行系统研究。研究了开关时延、抖动与辉光放电电流、气压、触发电压及阳极电压的关系。当辉光放电电流小于0.30 mA时, 开关无法触发导通；当电流为0.35~0.60 mA时, 随辉光放电电流的增大, 开关时延、抖动减小；当辉光放电电流为0.60 mA时, 开关时延、抖动基本不变, 出现饱和。当氦气气压低于6 Pa, 开关难以触通, 与理论计算值6.95 Pa吻合；当氦气气压为6~12 Pa时, 开关的时延、抖动随气压的升高而减小；气压为12~30 Pa时, 开关工作在比较稳定的状态。当触发电压小于3 kV, 开关难以触通；随着触发电压的增大, 开关时延、抖动减小；当触发电压大于5.3 kV, 开关时延、抖动基本保持不变。开关在稳定工作条件下, 阳极电压在8~25 kV范围内变化时；开关时延基本不变。

在长脉冲强流无箔二极管实验过程中观察到绝缘子沿面闪络现象。分析实验现象认为是屏蔽环与绝缘子距离过近造成了屏蔽环边缘高场强, 从而产生场致发射电子。电子在强电磁场作用下撞击绝缘子表面引起了二次电子雪崩从而导致真空表面闪络。运用静电场模拟和粒子束模拟, 改进屏蔽环结构。改进后的二极管工作电压500 kV, 电流12 kA, 在1 T引导磁场下稳定运行, 没有再发生真空表面闪络。

在采用以水介质形成线馈入直线变压器初级的技术路线来研制脉冲功率源时, 馈入方式影响着变压器的参数及电磁波的传输。运用Maxwell等软件, 从场均匀性的角度对不同馈入方式进行了模拟分析, 结果显示: 单侧馈入时, 变压器初级线圈内的电流密度分布很不均匀, 激磁电感比一般等效公式计算的结果大很多, 但对耦合系数影响微小; 四侧馈入能获得更大的场均匀性,但成本高,设备复杂;双侧馈入的方式能以较低的成本大幅提高场均匀性, 为建议采用的馈入方式。

介绍了Tesla变压器与Blumlein线一体化装置的基本原理, 设计了Tesla变压器及Blumlein线的参数。对装置中绝缘薄弱点进行了电场分析, 结果表明:Blumlein线结构设计满足变压器油中绝缘的要求, 可以保证装置安全稳定运行。最后对整个装置进行了全电路模拟, 模拟结果表明:形成线充电电压可达137 MV, 此时, 50 Ω上可得到脉冲电压的辐值约为1.4 MV, 脉宽约为40 ns, 满足设计要求。