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功率合成是开发毫米波高频段应用的关键技术,不论是在传统军事领域和民用领域,还是在飞速发展的高速宽带无线通信和高分辨率成像等新兴领域都有着极其重要的应用价值。径向线功率合成的组合效率具有不随合成端口的增加而明显下降的特性,在毫米波高频段备受关注。然而目前国内外径向功率合成方法均在沿用微波频段的研究思路,使用空间对称模并且工作模式极少,在更高频段还存在结构实现难、干扰模抑制度差和合成效率低等问题,频率越高这些问题越明显。针对上述关键问题,本课题提出了径向时间对称性原理,可以解决传统径向功率合成只能采用个别空间对称模的现状。本文的主要工作如下:首先提出了径向网络电压矢量转移矩阵分析方法,可用于精确分析模式激励条件、干扰模的类型及抑制度等。然后开展了具有频带宽、损耗低、功率容量高、模式纯度高和结构实现性强等特性的新型模式转换技术的研究。在毫米波频段,验证了上述理论、方法与技术的可行性。根据径向时间对称性原理,研究新型平衡式模式转换器的拓扑结构,实现标准矩形波导TE10模到圆极化TE11模的高效率和高纯度转换。设计并研制了一款新型平衡式模式转换器,第一次背靠背测试结果表明:88-102 GHz频段内,模式转换器的回波损耗优于15 dB,单个转换器的插入损耗典型值低于1.25 dB,转换效率优于75%,达到预期要求;基于上述研究成果,接着设计并仿真了一款新型的基于圆极化TE11模的12路径向功率分配器,背靠背仿真结果表明:在带宽为88-102GHz范围内,径向合成器的回波损耗优于15 dB,合成损耗典型值低于0.5 dB,即单个合成器的损耗小于0.25 dB,推导出该合成网络合成效率大于94%。最后研制了一款E频段（71-86 GHz）12路径向功率合成放大器,各支路采用GaAs功放单片作为放大单元,每个模块饱和输出典型值在23.5 dBm左右,测试结果表明:在71-86 GHz频段内,最大输出功率大于33 dBm,最大合成效率大于80%,满足预期设计要求。本课题的研究成果对径向功率合成理论与技术的发展和高频段系统应用的开发有着重要的作用和意义。