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皮秒电场脉冲匹配冲击脉冲辐射天线以其优异的方向性和精细的操控性在生物医学无创诊断和治疗领域引起了研究人员极大的兴趣,而现有皮秒脉冲发生器由于受到开关等元器件的限制,输出皮秒脉冲幅值有限,不能产生高强度的皮秒脉冲电场,限制了其应用范围。本文结合脉冲功率技术中亚纳秒及皮秒脉冲产生的相关原理,通过对Marx发生器产生的纳秒脉冲进行前沿陡化和尾部削切处理,得到一种高压皮秒脉冲信号。测试结果表明:利用该方法研制的皮秒级高压脉冲发生器可产生幅值31.85kV、前沿250ps以内、脉宽600ps的皮秒脉冲信号,并具有放电稳定、重复性好等特点,可作为冲激脉冲辐射天线理想的信号源,为进一步实现基于靶向诱导的高强度皮秒脉冲无创治疗奠定了基础。本文首先介绍了皮秒级高压脉冲发生器的工作原理,并对发生器的关键组成部分—Marx发生器、陡化开关的等效电路模型进行了数学分析。在此基础之上,建立了发生器装置理想参数下的等效电路模型,并对研制过程中的难点问题进行了分析讨论。详细阐述了发生器装置各主要组成部分的研制过程, Marx发生器结构紧凑、调节方便,可输出幅值约20kV、脉冲前沿11ns的高压纳秒脉冲信号;陡化开关巧妙的利用元器件之间的杂散参数,既有效形成了陡化电容又减小了回路电感;尾切开关及同轴负载的设计在满足功能的同时也最大程度上避免杂散电感的引入。发生器装置的结构设计及工作过程均利用PSpice仿真软件加以分析讨论,从理论上验证了方案的可行性。根据电容分压器的测量原理,设计了一种满足皮秒级高压脉冲信号测量要求的测量系统,并对同轴电容分压器这一关键器件的研制过程作了详细的介绍。分压器设计巧妙合理,避免了接线电感,提高了测量系统的带宽。利用本文研制的测量系统对Marx发生器开关分别在大气压下及充气状态下发生器装置输出的脉冲波形进行了测试,实现了其输出皮秒脉冲信号幅值可调、脉宽可变的功能。实测结果与理论分析相互验证,进一步证明了本文所研制的发生器装置是符合设计要求、并满足实际需要的。本文最后对超宽带天线技术在生物医学治疗应用上做了初步的探索。以冲击脉冲辐射天线(IRA)为负载,测试了发生器输出脉冲波形,并结合天线工作原理对测试结果进行了合理分析。