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脉冲功率技术在国民经济和国防技术领域得到了广泛应用,并在强大的需求牵引下高速发展。由于便携式等实际需要,高功率脉冲功率源正朝着紧凑化和小型化的方向发展,而脉冲形成装置的小型化可以很大程度上实现脉冲功率源的小型化。因此,将对紧凑型脉冲形成网络(Pulse Forming Network,PFN)展开研究,以满足脉冲功率源紧凑化和小型化的需求。首先,利用波过程方法分析了单线型和Blumlein型PFN的工作原理。接着,在考虑互感的情况下利用PSpice软件对linear型、L型和U1型PFN进行电路仿真,同时采用瞬态场路同步协同仿真方法对五种不同连接结构PFN进行三维建模和仿真,并对其进行实验,实验结果表明:五种PFN输出波形的上升沿约为45ns,半高宽分别为175ns、170ns、166ns、158ns和154ns,但U1型、U2型和U3型PFN顶部存在较大波动,其最大波动处分别为linear型PFN输出脉冲平顶处的9.8%、13.3%和18.9%。利用瞬态场路同步协同仿真方法对U1型平板PFN的输出波形进行优化设计,仿真结果表明:通过添加屏蔽板和增加第6级网络等效电感值的方式,其顶部最大波动可由21.2%减小为5.3%,优化后的U1型平板PFN的输出波形能满足脉冲功率源的要求。其次,分析元件寄生参数对PFN输出波形质量和能量传递效率的影响。PFN中元件寄生参数包括开关和负载端电感之和L、级间电感电阻RL以及电容器ESL和ESR。为明确各个寄生参数对PFN输出波形质量和能量传递效率的影响,分析过程中采用控制变量法,得到如下结果:引入任何一个寄生参数都会造成PFN放电波形的变化,同时伴随着能量传递效率的降低。输出脉冲波形的上升沿和半高宽主要由L决定,ESL和ESR以及RL占次要因素;RL会造成脉冲波形顶部的顶降和增加主脉冲的拖尾;同时,ESL会造成输出脉冲产生过冲,而ESR和RL则有利于反峰系数的减小。从能量的角度来看,RL是造成能量传递效率降低的最主要因素;ESL和ESR在降低能量传递效率中所占部分较小,是次要因素;L所降低的能量传递效率最小,可忽略不计。最后,设计基于MLCC的linear型、L型、S1型、S2型、U1型和U2型以及U3型PFN。利用瞬态场路同步协同仿真方法对七种PFN进行三维建模和仿真,并对U1型、U2型和U3型PFN主脉冲内的能量进行了计算,结果表明:U3型PFN主脉冲内的能量最大,U2型PFN主脉冲内的能量次之,U1型PFN的最小。加工基于仿真设计的七种PFN,并进行实验研究,实验结果表明:七种PFN输出波形的顶部电压为13V,为理论电压值的86.7%。同时,级间电感电阻使得linear型、L型、S1型和S2型PFN输出脉冲波形的顶部存在顶降,由于S1型和S2型PFN的级间电感电阻较linear型和L型PFN的大,所以其顶降更严重。另外,对三种U型PFN主脉冲内的能量进行了计算,其能量大小次序与仿真结果一致。此外,分析了 U2型和U3型PFN仿真结果与实验结果不一致的原因,通过将仿真模型调整为与实验模型一样时,得到的仿真结果基本能预测实验波形。通过对三种U型PFN主脉冲内能量的仿真分析和实验研究,表明屏蔽板对U1型PFN主脉冲内能量的优化作用要强于损耗造成的削弱作用,初步验证了通过添加屏蔽板来优化U型PFN输出脉冲波形的可行性。