近些年,携带螺旋相位波前的涡旋电磁波引起了各国科研人员的极大兴趣。由于涡旋电磁波具有螺旋相位的波前分布特点,使得它在通信传输、量子编码、粒子操纵、光学成像以及光刻技术等领域具有广阔应用前景,尤其在通信领域应用潜力巨大。由于轨道角动量是描述电磁波物理属性的新维度,因此如果对电磁波的轨道角动量进行单独编码或者作为载波携带信息,再结合传统的波分复用、正交幅度技术以及极化分复用等复用技术,可以极大提高通信系统的频谱效率。要将涡旋电磁波推向实际应用,则需要对携带轨道角动量的发生装置展开研究。产生涡旋电磁波最常用的方法是采用螺旋相位板、阵列天线及光学器件等结构,使电磁波的波前变为螺旋相位分布来实现。近年来,人们又提出了一种新的方法,即采用超表面来调控电磁波前,通过合理设计超表面的单元结构形式和排列方式,来获得电磁波相位的螺旋分布,从而实现涡旋电磁波。另一方面,超表面是一种二维结构,它具有厚度超薄、结构简单、低损耗、低成本、易加工等优点。因此开展对超表面的电磁特性研究,并用其产生携带轨道角动量波束具有重要的意义。本文的主要工作和创新点如下:1.深入研究了透射型多层超表面的电磁特性。从等效电路角度出发,将超表面结构等效为一种广义波导结构,利用模式匹配法,并通过数学推导,得到超表面的等效阻抗及散射参数的解析表达式。通过与全波分析方法对比,验证了我们提出的等效电路模型的精确性以及高效性。同时,所提出的等效电路模型能够有效分析具有强电磁耦合情况下的多层超表面的传输特性,为分析、设计厚度超薄的多层超表面提供了新方法。2.深入研究了超表面产生涡旋波束的物理机理,并结合等效电路方法,指导超表面的设计,成功获得四层超表面结构。该结构具有宽带、高透射率等优良特性。同时结合Pancharatnam-Berry（P-B）相位原理,得到了产生螺旋波束的高性能超表面器件,并用实验和仿真的方法证实了器件的工作性能。与已有工作相比,我们提出的器件具有厚度超薄、带宽及传输效率高等优点。3.深入研究了双层超表面的电磁传输特性,通过等效电路方法对双层超表面的耦合特性对传输特性的影响进行研究。在此基础上设计了两款双层的超表面结构,其中一款通过改变超表面的层间耦合特性提高了其工作带宽,得到了超薄并且具有高透射率的轨道角动量发生器。并且通过仿真与实验的方式验证了器件的工作性能。