随着现代社会的急速发展与无线通信的广泛推广,对大容量数据的高速传输的需求不断扩大,有限的通信频谱资源日渐紧缺。近年来研究指出,不同轨道角动量模式数的涡旋电磁波间具有正交性,能够同时在相同频率上传输不同的信号。因此,携带轨道角动量的电磁波可以实现数据信道增强,能够有效地解决目前通信领域在信道资源方面遇到的瓶颈。电磁超表面技术自被提出以来,便成为一个实现调控电磁波的重要新方式。电磁超表面具有体积小、成本低等优势,可以比传统器件更轻易地集成在光学或电磁学系统中。本文利用电磁超表面技术进行高效率的轨道角动量生成,在超宽带、多模式、多频点等不同的研究方向上进行讨论与研究,设计了三种超表面单元并应用提出的超表面单元进行轨道角动量生成阵列的组建。本文的主要研究内容包括:1.设计了超宽带的高效率电磁超表面。用于轨道角动量生成功能的电磁超表面普遍难以在超宽带与高效率间取得较好的平衡,而本文利用分形的设计理念,设计了一款可用于圆极化轨道角动量生成功能的超表面,该超表面可以在反射系数维持在0.9以上的前提下工作于5.95-19.7GHz,相对工作带宽达到107%。本文利用该超表面单元分别构建了一维偏折器阵列、模式数分别为1与-1的双聚焦点轨道角动量生成阵列以及模式数为1的圆极化轨道角动量生成阵列,并对这些阵列进行了数值仿真的验证。其中,模式数为1的圆极化轨道角动量生成阵列进行了实物加工与测试。2.设计了可用于极化复用的超宽带电磁超表面。本文提出的可用于极化复用的超表面单元工作频率范围为8.46-21.32GHz,相对工作带宽为86.37%,在该工作频率范围内交叉极化反射系数可以维持在0.8以上。该超表面单元的主要特点为,针对左旋圆极化电磁波与右旋圆极化电磁波可以分别实现不同的极化调控。基于该超表面单元构建了双模式的轨道角动量生成阵列,并进行了仿真验证。3.设计了双频段工作的高效率透射电磁超表面。该超表面单元可以在6.5GHz与12GHz两个频点上实现独立的相位补偿与调控,反射系数维持在0.85以上。基于该超表面单元,本文设计了双频点的轨道角动量生成阵列,并进行了Python数值计算与全波仿真验证。