本文综述了紧凑型全电感隔离Marx发生器在国内外的科研成果,并对其工作原理进行了理论推导和实验仿真,并对Marx发生器内部的末级电感进行了匝间电压分析。论文的重点是从Marx发生器的构造剖析其工作运行原理,对其充电、放电过程进行理论推导分析,并推导回路中主要参数的值,包括Marx发生器的阻抗、回路电感、电容的选择,进而用OrCAD Pspice电路仿真分析了不同负载、电感、电容值对Marx发生器输出波形的影响,将仿真结果与理论推导进行比照分析,根据仿真波形确定电路参数的最终值。需要特别注意的是,电感线圈由螺旋线绕制而成,具有色散特性。当电感工作于大于1MHz的频带时,此时的电感高频色散特性会对分布参数产生极大影响。在低频时,对电感线圈的分析采用静电磁场理论进行分析,然而当电感线圈作为隔离电感应用在高频的Marx发生器中时(频率一般为几十兆赫兹至几百兆赫兹),在低频情况下得到的大电感值在此时将会减小到一个很小的值,如此便会导致Marx发生器加载在负载上的波形与预期相差甚远,致使Marx发生器的失败。此外对于一般的脉冲调制发生器系统而言,发生器的充电电压为几十千伏,并要求发生器系统的输出脉冲电压幅值达到几百千伏以上,而脉冲的宽度仅仅只有几纳秒而已。由此可见,由于Marx发生器的工作场强极高,线圈绕组所承受的电压脉冲波形极陡。在极陡的上升沿、极窄的脉宽、极高幅值的脉冲电压作用下,发生器内部的电感线圈绕组周围便形成了一个不均匀的电磁场,再考虑绕组的各种分布参数(匝间电容以及每匝的对地电容)在高频条件下表现出的高频效应(趋肤效应、邻近效应、参数频变效应)时,如果此时线圈绕组设计了不当的绝缘结构,一旦梯度较大的脉冲电压波施加在其两端时,线圈绕组的局部将会产生畸变的强电场,此时脉冲电压对线圈绕组的冲击作用是不能通过绕组的匝间电感的和每匝对地的电容等进行减缓的,导致Marx发生器的线圈绕组容易发生匝间击穿或对地击穿。本文采用ANSYS Maxwell有限元分析软件,基于Marx发生器内部电感线圈绕组结构,建立线圈的二维模型,通过电磁场分析计算了绕组的分布参数值,将其代入多导体传输线(MTL)方程组中,进而求得每匝线圈对地电压分布及匝间电压分布,为Marx发生器的内部绝缘结构和材料设计提供了有力的依据。