由于固态功率放大器在工作带宽、工作电压与可靠性等方面具有优势,已被不断研究与开发,逐渐替代了空间应用中的行波管放大器。然而在毫米波高频段及太赫兹频段,单个固态功率放大器的功率水平十分有限,难以满足相关系统应用的功率要求。因此,功率合成技术在打破单个固态器件的限制,实现高效率功率合成源方面起着重要作用。径向功率合成除了具备当合成路数增多,功率合成效率不会快速下降的优势外,还具有较好的幅度及相位平衡性、超宽带以及可被利用于极高频的潜力,是功率合成技术方面的研究热点。对径向功率合成技术的发展动态进行研究与总结后发现,微波与毫米波低频段的径向功率合成理论都是基于三种圆周对称模而发展的。这使得在更高频段时存在着结构尺寸极小加工难度大、干扰模抑制差、径向工作模式选择受限、径向功率合成频率受限等问题。针对以上问题,本文从电磁场模式的对称性出发,以构建适用于毫米波及太赫兹频段的新型径向工作模为目标,最终提出了基于涡旋模式的新型径向功率合成方法。本文的主要工作如下:对导波系统传输线中的圆周对称模和非圆周对称模的场分布进行分析,通过对涡旋电磁波主要特性的研究,将电磁涡旋模式的概念引入导波系统与径向功率合成中,以线性组合模的方式构建基于涡旋模式的新径向工作模式集。并以矢量电压传递矩阵理论为基础,对径向功率合成网络中涡旋模式的激励条件进行分析,据此提出了一种基于涡旋模式的新型径向功率合成方法。以W波段为验证频段,基于所提出的径向功率合成新方法,设计了一款以圆波导涡旋TE11模为径向工作模的16路径向功率合成/分配器。经仿真后显示:在90-98 GHz频段内,该径向功率合成/分配器的插入损耗在0.13 d B之下,可实现97%的功率合成效率。基于所设计的新型径向功率合成/分配器,实现了一款32路的径向功率合成放大器。脉冲测试条件下显示:在92-96 GHz频段内,该功率放大器的饱和输出功率大于63 W,可实现大于74%的功率合成效率及接近9.6%的功率附加效率,验证了基于涡旋模式的新型径向功率合成方法在功率合成放大器中体现出的实际效能。