本论文的核心目的是实现毫米波波段多路、宽带、大功率、高效率的固态功率合成放大器。在毫米波波段,由于波导的低损耗特性,基于波导的功率合成技术近来发展迅速。本文在前人工作的基础上提出了几种新型的基于波导的毫米波空间功率合成结构,并从理论分析、电路设计、电磁仿真及实验验证等几个方面对其进行了研究。本论文的主要工作成果为:1,根据给定的功率分配-放大-合成网络各支路上的输入输出信号公式,讨论了功率合成放大器正常工作时各个放大器单元的工作状态,分析了合成放大器的失效性以及线性。通过这些讨论分析,我们最终得出结论,最优的功率分配/合成网络是等幅输出并且输出端口匹配且隔离的网络。分析中,具体讨论了几类典型合成结构的这三项性能。2,设计并成功研制了Ka波段二进制8路空间功率合成放大器模块,在31～36GHz频率范围内,增益为17.5～19.5dB,连续波饱和输出平均功率Pout≥10W,工作效率在全频段内≥13%,功率合成效率超过72.5%,最大合成效率超过90%。所研制的Ka波段空间功率合成放大器模块采用全波导分配/合成结构,结合了波导耦合器和空间功率合成技术,具有低损耗、高效率、驻波良好的特点。3,提出了一种新型对称耦合波导行波空间功率合成放大器结构,详细讨论了如何优化设计行波功率分配/合成结构的均等功率分配带宽和反射带宽。研究了行波功率合成放大器各路放大器单元的输入信号情况,得到结论是只有在以下两种情况时各路放大器单元的输入信号幅度一致:1)、功率分配器输出同相或反相的频率点,2)、放大器输入匹配良好的频率点。针对放大器单元输入信号幅度一致需要功率分配器输出同相或反相的要求,提出了一种改进行波功率分配器输出相位的方法,即通过适当延长输出端传输线来实现。4,提出了一种脊波导探针耦合波导行波功率合成放大器结构。该功率分配器的输出端口为波导端口,易于与其它高性能合成结构相结合。通过延伸输出波导,保证了功率分配器的输出相位一致。该结构属于全波导结构,无介质损耗,只有导体损耗,具有低损耗的特性,可以实现毫米波波段多路、宽带、高效率的功率合成。同时,该结构具有较低的加工难度。5,提出了一种新型电阻隔膜型多路波导行波空间功率合成放大器结构。该结构通过在波导E面T形结阵列中间引入电阻隔膜,实现了良好的隔离。对电阻隔膜型波导行波功率分配/合成器进行了等效电路分析,给出了其设计优化方法。考虑到电阻隔膜型波导行波功分结构输出波导窄边尺寸很小,难以加工的问题,本文进一步提出了一种将输入波导窄边适当扩大以增大输出波导尺寸的方法,讨论了其设计方法。给出了一个利用新型电阻隔膜型波导行波功率分配器构成多进制树形空间功率合成放大器的结构,通过具体仿真实例验证了该结构具有结构紧凑、高隔离、低损耗、高效率等优点。6,提出了一种N路空气微带高隔离径向功率合成放大器结构。通过在平行平板径向波导上开槽以抑制高次模式,实现了任意路合成。通过在槽上加上薄膜电阻,有效改善了输出端口的匹配和隔离。文中具有给出了N路空气微带高隔离径向功率分配/合成器的设计方法,并仿真了一个36路功分器的特性,最后探讨了利用这种功分器构成合成放大器的S参数特性以及其失效性。该N路空气微带高隔离径向功率合成器可以实现任意路数的功率合成,并且可以宽带工作,损耗低,隔离特性好,合成放大器的失效性能佳。