脉冲压缩器是加速器领域和高功率微波领域非常重要的微波器件,可以通过缩短微波脉冲的长度来提高微波脉冲的功率水平。脉冲压缩器的研究已经有40多年的历史,如何减小设备的体积,如何提高功率增益和效率以及如何让脉冲波形满足加速器的需求,一直是脉冲压缩器的研究中所面临的挑战。论文从脉冲压缩器面临的诸多挑战出发开展脉冲压缩器的研究,包括新型脉冲压缩方法的研究,微波结构的设计和制造以及脉冲整形等内容。论文中脉冲压缩器的分析从时域和频域两个角度开展,时域分析从微波传输线理论出发,讨论脉冲压缩的物理过程;频域分析通过脉冲压缩器的微波网路得到脉冲压缩器的频率响应曲线,进而可以计算输入输出的波形。基于双极化模式耦合器的S波段球形脉冲压缩器的研究在这些理论基础上开展。该脉冲压缩器的重量仅50 kg,两个波导口之间的距离仅230 mm,最终输出脉宽为300 ns,峰值功率为566 MW。从2015年起,清华大学与欧洲核子研究组织开始合作开展脉冲压缩方面的研究,主要针对基于速调管紧凑直线对撞机的脉冲压缩器。研究过程中所设计的紧凑调幅腔链,可以让SLED脉冲压缩器输出带有纹波的平顶脉冲。方案中还拟采用基于双速调管的PM-AM调制技术,可以消除纹波。调幅腔链和PM-AM调制技术都通过对输入微波脉冲进行脉冲整形实现微波脉冲的平顶输出。PM-AM调制技术的可行性在清华大学双速调管高功率平台上得到验证,实验成功将SLED脉冲压缩器的输出微波脉冲调平。此外,在脉冲整形方面,高效脉冲压缩的概念也得到验证。实验通过脉冲调制器的上升沿对微波脉冲进行整形,经过整形后速调管输出的微波脉冲可以提高脉冲压缩器的效率。高功率增益两级脉冲压缩的研究在紧凑脉冲压缩器和调幅腔链脉冲压缩器的研究基础上开展,并为双速调管高功率平台设计了基于球形谐振腔的紧凑两级脉冲压缩器,其功率增益为20,输出脉宽为100 ns。论文中给出这种脉冲压缩器的分析和设计方法,并针对两级脉冲压缩器的方案设计和制造测试用腔体和微波器件,为未来清华大学双速调管高功率平台的升级奠定基础。