在无线通信领域中,携带不同模态轨道角动量（OAM）的电磁（EM）波具有特殊的模式正交性,可以显著提高数据传输效率,涡旋电磁波的这个特性使得其在大容量无线通信领域的应用具有极大的开发价值。然而,涡旋波螺旋形状的相位分布使得涡旋波具有一定的发散特性,且随着涡旋波模式的增加,涡旋波的发散角也随之增大。发散角的影响使得涡旋波在远距离传播时波前直径变大,使得接收天线的尺寸被迫增大,不利于涡旋波的接收。不仅如此,过大的发散角也使得涡旋波的能量密度迅速降低,能量的过早耗散大大缩短了涡旋波的传播距离。为了有效解决这个阻碍涡旋波通信发展的技术难题,本文结合变换光学理论与超材料技术,提出了一种全电介质超材料涡旋波准直透镜的设计方法。主要研究内容如下:首先,完成了对涡旋电磁波理论与变换光学理论的研究。推导了涡旋电磁波的相关物理公式,分析了涡旋电磁波的角动量、模式以及正交性特性。接着,推导了变换光学理论相关的物理公式,研究了其虚拟空间与物理空间的映射关系。接着,完成了对涡旋波准直透镜的设计。先推导证明了拉盖尔高斯波束与高阶贝塞尔波束的转化关系。再利用变换光学理论,求得了涡旋波准直透镜的电磁参数分布矩阵。接着利用超材料技术设计了能够匹配涡旋波准直透镜电磁参数分布全部数据的全电介质超材料单元结构。然后,完成了涡旋波准直透镜的模型搭建与涡旋波天线的设计。用MATLAB软件与HFSS联合自动化建模程序代码搭建了涡旋波准直透镜仿真模型。接着设计了多套涡旋波天线,并从相位分布、三维远场辐射图、散射参数等多个方面研究了涡旋波天线的性能参数。最后,完成了涡旋波准直透镜的仿真与测试。先从幅度场与相位场两个方面对全电介质超材料涡旋波准直透镜进行仿真和分析。再利用3D打印技术制备了涡旋波准直透镜实物并搭建了微波暗室测试环境。接着从散射参数曲线、幅度分布、相位分布、远场辐射曲线、模式纯度等多个方面对涡旋波准直透镜进行测试,验证其宽带性能与准直性能,进而完成本课题的全部工作。