电磁飞环是一种有限能量非衍射波,其在无轨道粒子加速、新型多极子激励、定域能量传输、高敏感度检测等领域存在重要的应用前景。然而目前关于电磁飞环的研究主要关注其方程的理论解、拓扑结构和潜在应用,都还处于理论层面,这是因为到目前为止电磁飞环还没有被产生出来。为了将电磁飞环的研究从理论引入实验应用,本文对电磁飞环的传播性质与产生方法进行了研究。本文主要内容如下:第一部分主要对电磁飞环的传播规律展开研究。首先对理想的电磁飞环的传播规律进行了研究与分析,从电磁飞环场方程出发,计算分析电磁飞环的拓扑结构及其场分量的空间分布,并研究了电磁飞环的实部和虚部脉冲在自由空间中时域特性和频域特性,分析了电磁飞环的缓扩散传播特性与拓扑保形反射特性。接着使用时域有限差分法对电磁飞环的自修复特性进行了仿真分析,包括口径截断下电磁飞环的自修复特性、离散电磁飞环的自修复特性,为后续电磁飞环的产生提供了依据。第二部分主要对电磁飞环的产生方案进行了研究,包括阵列布置方法与单元设计。首先阐述了基于超表面的电磁飞环生成器的理论方案,要将平面波转换为电磁飞环,就需要实现既能够产生特定空间频谱分布又能够产生特定空间极化分布的超表面阵列。接着根据电磁飞环的空间频谱分布与自修复特性,提出了超表面的阵列布局方法和阵列各个位置单元所需要的设计指标。最后基于所需的设计指标,使用拓扑优化设计了一部分频率选择单元与极化转换单元。第三部分主要对平面波-电磁飞环转换阵列的性能进行了分析。首先对设计的极化转换阵列和频率选择阵列分别进行仿真,分析两者的极化性能和滤波性能。接着将极化转换阵列和频率选择阵列组合起来全波仿真,并且与理想电磁飞环定量对比,分析产生的电磁飞环的效果。最后对阵列进行实验验证阵列的极化滤波性能。