电磁脉冲信号的时域波形测量是时间反演(Time Reversal,简称TR)技术在电磁学和电子信息领域应用的关键。时间反演电磁波的时空聚焦特性在复杂媒介中目标的探测与成像、超宽带无线通信等领域具有重要的应用价值,本文提出了一种基于外差式电路体系结构的脉冲信号频域测量技术,能够实现宽带脉冲的低采样率测量,提供了宽带电磁信号低成本测量的一种有效途径。论文主要分为以下几个部分:第一部分为基于外差式硬件体系的脉冲信号频谱分割与缝合测量理论分析。首先分析了周期性脉冲信号频谱的特性,由此提出通过频谱分割与缝合实现宽带脉冲信号波形测量的思想,将待测脉冲的频谱划分为多个子频带,采用外差式电路系统将各个子频带下变频至基带直接测量。基于该思想建立了脉冲信号时域波形的频域测量方法数学模型,给出了通过相邻子频带重合频段的幅度和相位信息缝合得到待测脉冲完整频谱信息的算法。第二部分首先采用高采样率对基于频谱缝合测量宽带脉冲的可行性进行了实验验证,然后在此基础上设计实现了子频带低采样率测量实验方案,将带宽为400 MHz的脉冲信号划分为七个子频带,采用频谱缝合测量方法以250 MHz的采样速率测量并恢复得到了完整的脉冲波形,验证了该方法用于降低时域波形测量采样率的有效性。第三部分对基于频谱缝合的宽带脉冲低采样率测量的误差来源进行了探究,分别从低通滤波器的幅度和相位特性,混频器的非线性效应,采样误等几个方面分析了误差的影响因素。并对滤波器引入的误差进行了补偿,降低了基于频谱缝合的宽带脉冲低采样率测量误差。第四部分提出并研究实现了一种误差综合补偿方法。通过对已知样本脉冲信号的多次测量得到各个子频带测量通道统计意义上随机误差和系统误差的综合补偿数据。通过实验验证了该综合补偿方法能够有效降低脉冲波形测量的整体误差。典型的实验结果可将测量误差由20%降低至12%,得到时域更为精确的波形测量结果。