涡旋电磁波即为携带有轨道角动量的电磁波,由于其相位波前呈螺旋状分布,相比于传统电磁波有着更高维度的信息调制自由度,在无线通信、目标探测及成像等领域具有很大的应用潜力。近年来,涡旋电磁波的应用研究主要集中在无线通信领域,在目标探测及成像领域的研究较少且仍处于初级研究阶段。本文对涡旋电磁波在目标探测及成像领域的应用进行了初步探究,从涡旋电磁波的波束特性,新型电磁涡旋发生器的设计,涡旋电磁波的散射特性及成像等方面进行了深入研究。基于现有的涡旋电磁波的基本理论知识,本文以涡旋电磁波的螺旋相位与波束空心化的特性和应用为主要研究对象,主要工作内容包括以下几个方面:第一,用于探测及成像的涡旋电磁波的波束特性研究。通过对涡旋电磁波辐射场的特性研究,以谱分析理论为基础,初步探究了涡旋电磁波用于目标探测及成像的可行性与缺陷性。但是,涡旋电磁波在目标探测及成像领域的应用,会受限于其波束空心化特性,波束空心化即涡旋电磁波的波束传播中心存在凹陷,波束传播轴线附近呈现中空的特性。故而,继续研究了波束空心化特性的影响因素,并对聚束方法进行了初步研究。第二,波束汇聚型的多模态电磁涡旋发生器设计。针对现有的电磁涡旋发生器,多为生成单一或少数模态的涡旋电磁波,并且对于波束空心化特性未有改善。本文基于X波段设计了一种波束汇聚型的多模态电磁涡旋发生器,但不仅限于X波段。该电磁涡旋发生器由辐射结构、馈电结构、抛物反射面结构和支撑结构组成,能够产生模态较好的-5至+5阶涡旋电磁波,且极大地改善了波束空心化特性,有效地缩减了波束张角和提高了增益。第三,涡旋电磁波的散射特性及成像研究。基于OAM理想场源生成的涡旋电磁波,与PEC平面、组合物体目标、随机粗糙面的散射作用,研究了后向散射回波的幅相特性,对散射回波的接收阵列、波束空心化特性的积极应用、粗糙面的起伏度判定做出了一些规律性的探究。最后,基于已有的波束特性和散射特性研究,对比基于平面波的理想散射点ISAR成像理论,推导并验证了涡旋电磁波在OAM维度的成像潜力。