高功率源是毫米波系统中的关键部件之一。各种应用系统的快速发展,对高功率源的性能提出了更高的要求。然而传统的真空电子器件体积过大,单个固态器件的输出功率有限,都无法满足系统的需求。空间功率合成技术作为获取高功率源的有效途径之一,具有合成效率高、输出功率大等优点,因而具有很高的实用价值。本文提出的空间功率合成技术是基于广义的Luneberg透镜结构,利用Luneberg透镜的聚焦特性,在波导腔内实现功率的放大与合成。本文从理论上推导了合成效率与幅度相位误差之间的关系,设计了空气介质的广义Luneberg透镜,仿真优化了波导一微带过渡结构、单向合成和背靠背合成结构,并加工测试了对跖鳍线电路、微带功放电路以及背靠背Luneberg透镜合成腔体。本文的主要成果包括：1)设计加工的功放电路测试结果基本符合要求,验证了偏置电路设计的合理性。2)设计了两种波导—微带的过渡形式,并针对宽带性能最优异的对跖鳍线结构进行了加工测试。设计的对跖鳍线结构简单,尺寸小,整个过渡段的长度仅为0.6λg,因而损耗较小。加工制作的45mm长的背靠背鳍线电路在28-32GHz的测试带宽内插损都优于1.2dB。3)提出了一种基于广义Luneberg透镜的合成结构,解决了馈源无法放置到透镜焦点的难题,同时拓宽了透镜参数的设计范围。所设计的透镜为空气透镜,无需任何介质材料,没有介质损耗,因而所加工测试的背靠背合成腔体的插损较小,30GHz处合成效率能够达到95.5%。4)将鳍线阵列应用到背靠背功率合成系统中,所加工的背靠背功率合成系统2dB插损带宽约为1GHz,在30GHz处为1.13dB。