毫米波频段是目前军事电子技术发展的主要频段。而高功率放大器是毫米波频段发射机必不可少的关键部件。采用功率合成技术能够有效提高系统的输出功率。合成方式之一的空间功率合成具有合成效率高的优点,本论文重点研究这种合成方式,包括结构的设计、仿真、制作与测试。论文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,运用有限元法进行理论分析,电路仿真和优化设计。重点对分支波导、波导T形结和微带双探针进行了仔细分析和研究,并详细讨论了三端口网络的特性。提出分支波导和微带双探针相结合的功率合成网络结构,该网络具有结构对称,四路功分信号幅度一致性好的特点,较好地解决了空间功率合成时的两大难题:在有限空间内如何放置多器件的问题以及功分/合成时信号幅度、相位的平衡度问题。最后对分支波导-微带双探针空间功率合成放大结构进行加工,制作出的毫米波功率放大器在31-37GHz范围内输出功率大于7W,小信号增益都大于40dB,合成效率大于80%;在31-34GHz范围内输出功率大于10W,并且可获得的最大饱和输出功率为41.19dBm(13.15W),最高效率达87.4%。