雷电电磁脉冲作为天然的强电磁脉冲干扰,对航空航天、电子通讯以及电力传输等领域的安全运行具有很大的威胁。预防雷电电磁脉冲干扰的保护装置能否正确动作,依赖于对雷电流的准确测量。因此,如何实现对雷电流的准确测量具有重要的研究意义。本文基于单极性长持续时间脉冲电流的频谱分析,研究了自积分式Rogowski线圈的基本理论和频率特性。针对单极性脉冲电流频率跨度大这一特点,研究如何拓宽Rogowski线圈频率区间。根据Rogowski线圈的传递函数,对采用不同材料和不同电磁参数的磁芯时以及采用不同积分电阻时Rogowski线圈的幅频特性进行了仿真研究。在此基础上,针对Rogowski线圈的测量特性进行了实验研究,得出不同参数对Rogowski线圈测量结果的影响规律。在对雷电流H分量频谱分析的基础上,对Rogowski线圈进行优化设计,使其满足纳秒级脉冲电流测量的频带要求和电流幅值要求,并利用纳秒级方波电流源对Rogowski线圈的响应时间进行标定。搭建了雷电流H分量实验平台,对Rogowski线圈测量特性进行实验验证,并将测量结果与标准同轴管式分流器进行比对。研究结果显示,对于同种材料的磁芯,随着磁芯磁导率的增大,所制作的Rogowski线圈工作频带整体向低频方向平移。故磁导率较高的锰锌铁氧体适合用于低频分量较多的信号的测量,而磁导率较低的镍锌铁氧体适合用于高频分量较多的信号的测量;减小积分电阻,可以使线圈的工作频带变宽;在实际允许的条件下增大磁芯横截面积,可降低线圈下限截止频率。本文研制的用于测量雷电流H分量的Rogowski线圈响应时间不大于1ns,正常测量频率区间为102至107,灵敏度为101.2A/V。在电流幅值不大于4kA时,所测得的雷电流H分量的测量结果与标准同轴分流器相比,峰值、波前时间和波尾时间的偏差均不大于2%,各电流等级下的标准差均不大于1%。