作为测量系统时域响应和脉冲传播特性测量的纳秒脉冲发生器,要求重量轻、体积小、脉冲参数可调且波形稳定性高。考虑上述要求,本文设计采用了基于水银开关的电场储能型纳秒脉冲发生器,针对影响发生器输出波形参数的关键因素,主要开展了以下工作:分别从等效电路和波过程角度阐述了发生器的工作原理,推导计算了LCR电路三种瞬态过程对应的波形参数表达式;采用PSpice软件研究了等效电路中杂散参数对输出波形的影响。结果表明,充电回路和负载端分布参数使得前沿和后沿变缓,脉冲顶部和后沿出现较强的过冲;开关分布参数引起矩形脉冲顶部和后沿出现阻尼振荡波形,振荡周期和阻尼系数与分布参数存在对应关系。初步开展了铁电/氧体材料在发生器脉宽调节技术应用的可行性分析,进行了铁氧体材料实验研究。结果表明,铁氧体材料的加入使得脉冲后沿从0.4ns变化至1.4ns,但脉冲前沿和脉宽变化并不明显,原因在于触点和铁氧体环间传输线的影响无法消除。实验数据为后续技术的改进提供了参考。较为深入地研究了水银开关设计原理和等效电路模型,指出开关内部结构不连续性是造成开关分布参数存在的原因。为进一步分析阻尼波形振荡的规律,先后采用电路分析和PSpice软件数值计算的方法对开关等效电路进行了细致研究。结果表明,开关触点处上极靴与常开电极间的分布电感、电容和导通电阻是引起振荡的主要原因。根据理论计算及软件模拟的结果,推导出引起波形阻尼振荡的开关分布电感约为4.7nH、分布电容为2.8pF,阻尼波形振荡周期约为0.7ns,输出前沿时间约为0.2ns。在上述分析计算基础上,实验测试了不同长度和充电电压下发生器输出波形,实验验证了开关输出矩形脉冲存在着高频阻尼振荡,且阻尼振荡规律与理论及数值计算结论基本符合。完成了发生器总体结构参数计算和设计加工,构建了一台重量较轻、结构紧凑的纳秒脉冲发生器。设计了由脉冲衰减器和高速示波器组成的测量系统,系统实时带宽超过4GHz,很好满足了本实验中对亚纳秒前沿脉冲的测量要求;针对脉冲后沿存在的阻尼振荡,设计了吸收式超宽带滤波器用于脉冲波形整形,获得了满意的波形输出。对改进后的发生器的测量结果表明,充电电压1.4kV时,发生器可产生脉宽大于0.6ns的双指数脉冲,脉冲前沿约0.6ns,幅度大于600V,通过改变回路参数,可对输出脉冲宽度和幅度等进行调节。发生器稳定性考核实验表明,输出波形脉冲幅度相对标准差小于2%;输出脉冲脉宽和前沿时间相对标准差小于1%。实验结果表明发生器满足了设计要求,为实际应用奠定了基础。