轨道角动量(OAM)涡旋电磁波理论上拥有无限个正交的本征模态,具有提高通信容量和频谱利用率的潜力,逐渐成为国内外学者的研究热点。利用新型人工电磁表面对电磁波相位调制的独特优势,本文对涡旋电磁波天线展开研究。主要的研究内容和创新点如下:(1)提出了单波束-单模态OAM涡旋电磁波天线的设计方法。采用单开口圆环单元设计了一款口径尺寸为50 cm×50 cm的反射型新型人工电磁表面天线,仿真结果表明该天线成功地产生了l=+1的OAM涡旋电磁波,实现了 33.3%的OAM带宽和23%的1-dB增益带宽;基于传输线匹配理论提出了能够在传输幅值大于-0.45 dB的情况下覆盖360°的传输相位范围的耶路撒冷环型缝隙透射单元,并基于此单元设计了一款透射型新型人工电磁表面天线,仿真结果表明该天线成功地产生了l=+1的OAM涡旋电磁波,实现了 11.3%的最大口径效率。(2)针对单波束-单模态OAM涡旋电磁波天线模态单一和覆盖面狭窄的问题,提出了多波束-多模态OAM涡旋电磁波天线的设计方法。采用背对背双开口环型反射单元设计了一款口径尺寸为75 cm×75 cm的宽带双波束-双模态OAM涡旋电磁波天线,并对该天线进行了加工测试,测试结果表明,该天线同时产生了两个不同OAM模态的涡旋电磁波束,其中一个波束沿着(20°,0°)方向传播并携带l=+1模态的OAM,另一波束沿着(20°,180°)方向传播并携带l=-1模态的OAM,实现了 50%的OAM带宽以及33.3%的1-dB增益带宽;提出了加载微型舵机的反射单元,实现了电控可调的连续360°反射相移,并基于此单元设计了一款口径尺寸为25 cm×25 cm的可重构OAM涡旋电磁波天线,产生了不同数量、方向和模态的OAM涡旋电磁波束。(3)针对OAM涡旋电磁波在微波射频段传输时发散效应严重的问题,提出了无衍射OAM涡旋电磁波天线的设计方法。采用多环级联型反射单元设计了一款口径尺寸为75 cm×75 cm的基于高阶贝塞尔波束的宽带无衍射OAM涡旋电磁波天线,并对该天线进行了加工测试,测试结果表明,该天线成功地产生了携带l=+1模态OAM的高阶贝塞尔波束,实现了 50%的OAM带宽。相比于普通OAM波束,该天线产生的高阶贝塞尔波束在近场范围的传输中表现出更小的发散特性。