OAM(Orbitalangularmomentum：轨道角动量)波具有两种不同于平面波的特性：模式正交以及螺旋波前相位面。OAM波的特性使得其可在提升无线通信的频谱利用率和信道容量、提升雷达探测中目标的方位角分辨率、探测目标的旋转多普勒效应等方面具有较强应用前景。近几年来，OAM波受到了国内外众多学者的广泛关注，围绕OAM波的产生及应用问题展开了大量工作。本文在总结已有研究工作的基础上，针对天线阵列产生OAM波原理进行了深入的理论分析，研究了OAM波的产生与复用方法，并进行了OAM波的应用研究。本文的主要研究工作包括：
　　1)研究了天线阵列OAM波的产生。针对天线阵列产生的OAM波，给出了三种天线阵列产生OAM波的原理，基于理论研究了三种OAM波的辐射方向图、电场分量分布的差异特性，得出了产生OAM波的最佳方法。首先，理论分析表明，三种天线阵列产生的OAM波电场分别携带不同的Bessel函数和OAM波相位因子，是导致其辐射的OAM波具有不同特性的根本原因。其次，基于公式仿真分析了OAM波的辐射方向图特性、相位分布特性、幅度分布特性、能量分布特性，并与基于CST建模仿真得到的结果进行对比。对比研究表明：理论分析与建模仿真结果一致；同向天线阵列产生的OAM波具有最优特性。
　　2)研究了OAM波的复用。针对OAM波的模式复用问题，理论分析了同向天线阵列OAM波不同模式之间的正交特性，并发现OAM波的模式不纯会导致模式之间出现非正交现象，为OAM波复用天线的设计提供指导意义；在此基础上，首次提出基于同向平面天线阵列的OAM波复用天线的设计方案。通过仿真分析了所提OAM波复用天线的反射参数、辐射方向图、相位分布图以及模式之间的隔离度特性，确定设计方案。在此基础上，进行了天线加工和测试。测试结果表明，所设计的OAM波复用天线能较好的产生两个模式的OAM波，达到了设计目的。
　　3)研究了OAM波的信息传输、目标探测，以及通信探测结合的问题。首先，针对同时传输多路信息的问题，利用OAM波复用天线在信息传输的实验框架下进行了双路视频信息传输实验，实验结果表明：所设计的OAM波复用天线可以实现双路信息的同时同频传输，有效提升信道容量。其次，提出了基于同向天线阵列OAM波的旋转多普勒频移。针对目标旋转多普勒效应的探测，通过实验测试了金属盘的转速；并在此基础上，进行了旋转扇叶的转速测试实验。实验结果表明：OAM波可以探测出旋转扇叶的转速，并且可得到扇叶中金属的分布规律，证明OAM波可以提升目标探测的轮廓的分辨率。最后，针对通信探测一体化的应用需求，设计了通信探测一体化的实验方案。并同时进行了信息传输和目标探测实验，初步验证了OAM波的模式正交性在通信探测一体化中的应用前景。综上，OAM技术在未来信息传输、目标探测和通信探测一体化中具有很高的潜在应用价值，值得开展进一步的深入研究。