涡旋电磁波具有各个模式相互正交并且互不干扰的特性,在无线通信以及雷达目标成像等领域表现出了巨大的应用潜力。本文围绕设计阵列天线产生多模涡旋电磁波进行研究。本文对阵列摆放形式,贴片阵元形式设计改进、馈电网络设计以及阵列天线总体结构进行相关研究,寻求推动涡旋电磁波的多模化进一步发展。主要工作内容如下:（1）对比了均匀圆形阵列以及均匀矩形阵列两种常见的产生涡旋电磁波的阵列摆放形式的特性,确定了均匀圆形阵列作为本文设计的摆放形式。通过理论和仿真实验分析了两种阵列产生涡旋电磁波的特性。均匀圆形阵列在同等阵元下能够比均匀矩形阵列产生更多模式的涡旋波且馈电相位计算更为容易,因此被确定为研究阵列天线的基本摆放形式。（2）设计了以不规则五边形贴片天线为基本形状的多频多模涡旋电磁波阵列天线阵元,包括在2 GHz处谐振的单频阵元、在2 GHz和4 GHz处谐振的双频阵元以及2 GHz、4 GHz和6 GHz处谐振的三频阵元。根据各种形状贴片的性质以及贴片形状不规则性思维的启发,确定了不规则的五边形贴片天线作为基本阵元。通过理论计算以及仿真优化,设计出了在2 GHz处谐振的良好阵元,构造天线阵列产生了各种模式的涡旋电磁波。利用频率以及相位的改变关系,2 GHz处相位改变?,在4 GHz和6 GHz分别改变2?和3?的启发,对基本阵元进行改进。在双频谐振设计中,设计了两种不同方式实现双频谐振的天线,分别为层叠式双频天线以及开U型槽实现双频的贴片天线。对比两种方式的便利性以及复杂程度,确定开U型槽方式为本文多频谐振方式。设计了双频阵元和三频阵元,构造了阵列验证可以产生出对应模式的涡旋电磁波。（3）设计了匹配天线阵元的单频带馈电网络和多频带馈电网络,在对应频率能够输出符合涡旋电磁波产生条件的信号。对常见的顺序相位馈电网络以及普通的功分T型网络两种馈电网络进行了仿真实验以及结果对比,并采用普通功分T型馈电网络作为本文馈电网络基本形式。本文设计的馈电网络由一分八微带功分器和不同长度的相位延迟线构成,比常规的更改更加方便。设计了在2 GHz处良好工作的单频馈电网络以及通过多节λ/4阻抗变换器设计出了在2 GHz、4 GHz以及6 GHz处都有良好表现的多频馈电网络。（4）将确定好的阵列形式、天线阵元以及馈电网络组合成整体的涡旋电磁波阵列天线,得到了六种涡旋电磁波阵列天线。包括单频单模阵列天线、双频双模阵列天线以及三频三模阵列天线三种常规层次的阵列天线,这三种常规层次阵列天线相比常规阵列天线都有着修改更加便利的优势。尤其三频三模阵列天线的产生模式比常规涡旋电磁波阵列天线至少多1种。本文对阵列结构进行改进,将两个八元阵列进行融合,实现阵列天线的多层次结构,设计出了单频双模阵列天线、双频四模阵列天线和三频六模阵列天线另外三种涡旋电磁波阵列天线。双频四模和三频六模阵列天线的涡旋电磁波产生模式都至少比常规涡旋电磁波阵列天线多1至2种。