高功率微波的应用对脉冲功率技术和高功率微波源技术提出新的要求是向小型化和长脉冲方向发展。电感储能脉冲功率源和磁绝缘线振荡器(Magnetically insulated transmission line oscillator,简称MILO)作为各自领域内向该方向发展的重要候选者之一得到了广泛关注。本文在对新型电感储能脉冲功率源电路进行理论分析和数值计算研究的基础之上,研制了一台基于新方案的脉冲功率源,同时还研制了一个和该脉冲功率源相匹配的S波段15Ω锥形MILO负载,并进行了联调实验。本文的主要研究内容有以下几个方面:1)在研究传统电感储能脉冲功率源工作原理基础之上,开展了新型电感储能脉冲功率源工作原理的理论分析与数值计算研究。新方案的核心思想是利用传输线的延时隔离作用,将两个电感的放电时刻在时间上进行错开,从而起到改善输出波形质量的作用。采用等效电路的方法推导出了储能电感放电计算公式,表明新方案是将传统电感指数衰减放电波形转换成指数衰减放电波形和正弦阻尼振荡放电波形的叠加,从而达到改善波形质量的作用。同时,新方案还具有降低阻抗以及提高能量转换效率等优点。此外,还得到了当储能电感L2和传输线电容C2以及负载电阻RL所组成串联回路品质因数满足Q≈1时可获得最大能量转换效率的结论。PSpice电路仿真实验验证了理论分析结果。2)在理论分析和数值计算研究的基础之上,开展的原理性实验初步验证了理论设计的正确性。在此基础之上,再通过对关键部件的调研、选取、结构设计以及静电场分析等,研制了一台基于新方案的脉冲功率源。开展了该脉冲功率源电路参数测试工作并驱动水电阻假负载进行了实验研究,实验结果验证了电路仿真计算结果。3)在调研、比较和理论分析的基础之上,设计了S波段15Ω锥形MILO负载并开展了实验研究。从MILO的色散关系出发,设计了器件结构尺寸,并进行了模拟优化和实验研究。该器件在电压500kV,电流35kA的条件下获得了效率11%、功率2GW、频率2.65GHz的高功率微波输出。MILO在长脉冲情况下运行的研究结果表明,脉冲功率源输出电压波形质量差是造成微波波形质量较差的关键因素。对不同负载结构对微波输出性能影响的研究表明,采用石墨负载收集极是一个良好的选择。4)开展了新型电感储能脉冲功率源驱动二极管的实验研究。通过对所研制的脉冲功率源驱动虚阴极振荡器(Virtual cathode oscillator,简称VCO)、15ΩMILO、20ΩMILO等作为二极管负载的实验研究,明确了脉冲功率源的工作特性。对二极管电流和电爆炸丝根数与充电电压比值(n/Uc)的关系研究表明,存在最优的n/Uc,可使脉冲功率源获得最大的电流输出。调整陡化开关气压的研究表明,合理的开关气压是获得良好脉冲波形质量的保证。改变储能电感L2的研究表明,通过调整电感大小容易改变输出波形。对实验中出现的脉冲缩短问题进行了深入研究,明确了二极管击穿和电爆炸丝开关沿面爬电是发生脉冲缩短问题的主要原因。开展了驱动S波段15Ω锥形MILO的初步实验研究,在二极管电压300kV、电流22kA、脉冲宽度214ns的条件下,获得了功率200MW、脉冲宽度66ns的高功率微波输出。5)在理论分析和实验研究的基础之上,提出了紧凑化的设计思想,开展了紧凑化结构设计。详细介绍了紧凑化设计思路,对各关键部件进行了结构设计和静电场分析,得到了长不超过1m,直径不超过0.65m,技术指标为电压500kV、电流34kA、脉冲宽度160ns的紧凑化结构模型。另外还提出了全固态化设想并进行了电路仿真验证。