脉冲功率技术在国防、工业以及自然科学研究等领域得到了广泛应用,高峰值功率、高重复频率和小型化是脉冲功率系统发展的主要方向。近年来,实用型紧凑化高压纳秒脉冲发生器在国内外得到了广泛的关注。本论文通过对闭合磁环脉冲变压器、卷绕式平板脉冲形成线、高功率负载和纳秒脉冲检测器等关键部件进行理论分析、工程设计和实验研究,成功地研制了一台结构紧凑的高压纳秒脉冲发生器。这些工作对小型紧凑化高压脉冲发生器的研究具有重要指导意义。论文研究的主要内容包括以下四个方面:1.研制了一台闭合磁环高压脉冲变压器。1)提出了实现闭合磁芯式脉冲变压器高电压、高变比输出的设计方法,建立了理论计算模型,给出了变压器重要参数的计算公式,该变压器有效耦合系数为0.945。2)对变压器的磁芯饱和和磁芯损耗进行了初步分析。3)对变压器的时域和频域响应特性进行了系统的分析,建立了理论计算模型,通过电路软件模拟和实验证明:减小变压器绕组漏电感和分布电容可改善高频响应能力,陡化输出电压脉冲的前沿和后沿;增大磁化电感可明显改善低频响应能力以及增加脉冲平顶的稳定度。该变压器能较好地响应脉宽为5μs ~100μs的方波脉冲信号和频带为1 Hz ~1 MHz的重频信号。4)利用变压器对0.32 nF电容器进行充电实验,充电电压高达230 kV,升压倍数为109,验证了理论计算和分析的正确性。2.研制了卷绕式平板脉冲形成线。建立了关于卷绕式平板脉冲形成线的理论分析模型,对各电磁参数进行了理论计算。利用电磁场分析软件对脉冲形成线进行静电场模拟,并结合充电实验研究了形成线的耐压性能。研制的平板脉冲形成线波阻抗为3.5Ω,输出脉宽为10 ns,能承受的最高脉冲电压大于200 kV。3.高功率水电阻负载及纳秒脉冲检测器的研制。1)建立了水电阻负载的寄生参数理论分析模型,从理论计算、软件模拟和实验三个方面分析了寄生参数对负载波形的影响。2)通过改进低压臂电阻,研制了能够准确响应高压短脉冲信号的电阻分压器;建立了Rogowski线圈的分布参数理论分析模型,具体分析了线圈各分布参数、取样电阻的寄生参数以及阻尼电阻对线圈测量波形的影响,通过采用较大功率的无感电阻,成功地研制了脉冲前沿响应时间均小于2.5 ns的磁芯式和非磁芯式两种Rogowski线圈。4)研制出一台紧凑型高压纳秒脉冲发生器。该发生器主要由闭合磁环式脉冲变压器、卷绕式平板脉冲形成线、火花开关及负载组成,结构紧凑,其直径为0.22 m、长度为0.8 m、重量为30 kg。在负载匹配情形下(3.5Ω),该脉冲发生器最高输出脉冲电压为84 kV,半高全宽为9 ns,上升沿为5.1 ns;负载阻抗为50Ω时,输出波形为一锯齿波,最高输出电压为165 kV,半高全宽为68 ns,上升沿6.5 ns。目前,该高电压纳秒脉冲发生器已用于触发本实验室的高功率气体开关。