高功率放大器是微波和毫米波频段发射机必不可少的关键部件。特别是在毫米波频段,鉴于单个单片集成电路可能提供的功率有限,要提高系统的输出功率就需要采用功率合成技术。为此,功率合成技术就成为实现毫米波高功率发射系统的有效途径。本文采用了毫米波波导内空间功率合成的方法,使用分支节波导耦合器作为第一级功率分配合成器和波导-微带面对面双探针作为第二级功率分配合成器所构成的四路功率分配合成器,对毫米波空间功率合成技术进行了研究。采用奇偶模理论对分支节波导耦合器进行分析,分支节波导耦合器作为3dB电桥时,两输出端口幅度一致性好,相位差为90°,具有互易,无耗,对称的特点,能够方便的实现分配和合成功能。讨论了影响功率合成放大器合成效率的主要因素,研究了四种空间功率合成结构,重点对波导T型结、分支节波导耦合器和波导-微带双探针在Ka波段的特性进行详细的研究,经过对比分析,分支节波导耦合器和波导-微带双探针相结合的结构更适合作为功率合成网络。该结构具有结构简单、频带宽、损耗低、散热效果好、各端口功率及相位一致性好的优点,并且输出端口的隔离度较高,减小了功率合成放大器各路能量之间的串扰,使得功放具有更好的稳定性。使用该四路功率分配合成器在Ka波段设计制作了空间功率合成放大器,在29.4-31GHz范围内饱和输出功率大于23W,小信号增益大于50dB,合成效率大于80%;在30GHz时,获得最大合成效率95.8%。首次在V波段使用该四路功率分配合成器设计制作了空间功率合成放大器,在55-61GHz范围内输出功率大于200mW,小信号增益大于30dB,合成效率估计为85%。