近些年来,由于低温等离子体的巨大应用前景受到了人们越来越多的关注。为了研究纳秒级双极性脉冲下介质阻挡放电(DBD)特性及规律,充实高频放电理论研究,研制具有高幅值、高重复频率的双极性高压纳秒脉冲发生器具有重要的学术意义。首先,本文简要介绍了基于全桥逆变电路、脉冲变压器和磁开关的双极性纳秒脉冲发生器的结构以及工作原理,并且对系统的参数选择进行了理论推导。按照系统的设计顺序,首先计算了由锐化电容、饱和磁开关和负载组成的放电回路参数;通过对脉冲变压器绕组趋肤效应的阐述,进而选择了合适的绕组导体;同时计算了三种不同绕组结构下的漏感大小,有助于选择合适的绕组结构;全桥逆变电路的优劣关系到整个系统的稳定性,本文阐释并且设计了放电阻止型RCD缓冲电路用以IGBT的保护;而对于磁开关的设计,利用单绕组测量方法,测量了高频下性能均表现良好的两种材料镍锌铁氧体和钴基非晶可饱磁心,最终通过比较选取了钴基非晶可饱磁心作为磁开关。其次,结合PSpice仿真,利用Model Editor建立实测磁心模型,研究相关电路参数对输出电压波形的影响,特别是上升沿,并且对磁压缩系统的设计提出了一些建议;通过仿真与实测波形的尽可能贴合,可以反推出脉冲变压器漏感Lσ、饱和磁开关电感Ls大小。系统在纯电阻负载下的测试结果表明,通过双极性磁脉冲压缩系统,能够在负载两端输出的纳秒脉冲电压具有以下参数:幅值在5~13kV可调,上升沿100ns左右,重复频率0~10kHz可调,仿真结果和实验结果非常贴近。最终,本文结合DBD放电模型和放电图片探索了高频双极性脉冲电压下放电现象。通过放电实测电流电压波形分析了一个周期内的放电过程,结合放电电荷量和电压的Lissajous曲线对该放电过程进行了进一步验证,同时通过对Lissajous曲线的分析得到了DBD放电模型实测等效电容值,并与理论计算值进行了比较。为了研究高频双极性下DBD放电特性与频率的关系,本文先测量了DBD起始放电电压与频率的关系,其次通过对DBD放电电路的推导,得到了放电的传导电流随频率变化的规律,并且对该现象进行了合理猜想,有利于高频放电理论的研究。