重复频率运行是当前脉冲功率技术主要发展方向之一。水介质脉冲功率调制器具有储能密度高,结构紧凑、与低阻抗微波源较好匹配的特点,因此得到广泛的应用,但是受到高功率、大电流气体开关的绝缘恢复的影响,水介质等低阻抗脉冲功率调制器的重复频率运行或多脉冲运行受到较大的限制。研究高功率大电流自击穿气体火花开关多脉冲运行特性,对于开展水介质脉冲功率调制器的多脉冲运行,或重复频率运行研究具有重要的意义。本文从理论分析、数值计算等方面研究了气体火花开关的绝缘恢复特性,实验研究了气流对火花开关恢复速度的影响,其研究结果为火花开关的多脉冲运行奠定了坚实理论基础。对气体火花开关的击穿机理,创新的利用击穿概率分析了粗糙电极对气体火花开关V/p曲线影响的物理机制,给出了利用细小结构构造平稳V/p(开关击穿电压/气体压强)曲线的条件,为实验中控制和利用该曲线提高气体火花开关的多脉冲运行能力提供了理论基础。对电极间隙内气体状态的恢复,数值模拟了炙热气体的传导和对流过程,分阶段的讨论和模拟了带电粒子的消逝过程,分析了影响电极间隙内气体状态恢复的主要因素。结合理论分析和模拟结果,提出了气体火花开关多脉冲运行特性可采用如下方法:(1)使用导热性能好的气体,如H2、SF6等;(2)采用吹气的方法;(3)增大气压,在电极表面增加细小结构,构造平稳的V/p曲线;(4)改良开关电极结构和尺寸,采用奶头-半球结构的电极;(5)使用电负性强的气体作为开关绝缘气体,如SF6。实验上,进行了自击穿气体火花开关多脉冲运行特性的研究,对比了不吹气时和吹气时火花开关的恢复速度。在击穿电压400kV,峰值电流30kA,脉宽40ns的工作参数下,采用吹气的办法(气流速度30m/s),使气体火花开关多脉冲运行间隔达到5ms,实验结果与理论估计相符。最后,介绍了实验中设计并研制的大功率低电感匹配负载,该负载冷测电阻值5.82?,电感190nH,结果与理论设计一致,该负载具有阻值稳定,电感低的特点。