涡旋电磁波携带有无限多个正交的轨道角动量模式,被认为可改善日益吃紧的无线频谱资源,成为一种新的扩展信道的通信载体。国际上提出了不少基于涡旋电磁波工作的天线,并已经有实验成功实现在较短视距范围内利用轨道角动量多模式进行多信道通信。但关于相应装置的完整电磁场理论分析却寥寥无几,给进一步的精确设计与工程应用带来了不少困难。另一方面,石墨烯作为一种在电热力特性方面极为优异的人工新型碳纳米材料成为了微波器件研究的一大热点,尤其对于开发太赫兹频段新型微波器件有着极大促进作用。工作在毫米波频段的石墨烯微波器件具有二维化,体积小,损耗低,易于集成等一系列优良特性。而石墨烯的这些优良特性又与反射阵列可完美契合,后者同样具有二维化,体积小,易于加工集成等特点。特别的,由于石墨烯电导率具备可由外加静电磁场偏置电调谐的能力,所以可以通过这一额外增加的电自由度来实现电可重构的功能,赋予了石墨烯反射阵列方向图可重构的功能。本文主要研究基于石墨烯的,由相移表面产生轨道角动量无线频段波束的反射型圆盘、环带及多环带结构的完备电磁场理论分析及相应石墨烯反射阵列的设计方法。核心内容及创新要点如下:1.一个基于相移表面技术产生轨道角动量无线频段波束的反射型圆盘、环带及多环带结构的可行而简洁的理论分析方法。基于该方法,可非常方便的求得由该类相移表面产生的轨道角动量波束的电磁场表达式;并且可依照设计要求,对相应的方向图进行人为的掌控和设计。该方法填补了平面型相位螺旋板在无线频段下完备的电磁场理论缺失的块空白,不但可以应用于分析反射型平面螺旋相位板,还可以用于分析透射型平面螺旋相位板。2.一种新型电可重构焦距的石墨烯反射阵列设计。由于第二章中我们所提出的可产生无线涡旋电磁波的石墨烯反射阵列天线设计并不具备对实际馈源所产生入射波的相位修正功能,因而其方向图与第三章中的理想模型存在不小差距,并导致实用性大大降低。而基于石墨烯贴片的阵列单元实际具备可调的反射系数相位的潜能,可实现电可调焦距的功能,等效得将入射波修正为平面波照射。该设计首次实现了反射阵列结构下的电可调焦距功能,相应的仿真结果证实了该器件的良好可行性。在开口矩形波导作为激励源照射下,对给定的设计焦距,该电可重构石墨烯反射阵列的峰值增益比起无聚焦效果时提升了近16 dB;并且在两个设计的焦点位置上,对焦的峰值增益比失焦的峰值增益高超过10 dB,圆满实现预定设计要求的指标。