涡旋电磁波是一种具有螺旋相位波前和甜甜圈形状强度分布的特殊电磁波。由于中心相位奇点的存在,光轴位置呈现中心凹陷的特征,适用于对微小粒子的控制。具有不同模式的涡旋电磁波之间是相互正交的,理论上存在无穷多个模式。每一种模式可以看作一个通信信道,有利于突破当前频谱资源匮乏的限制,满足人们对于通信容量的需求,为未来无线通信系统扩展新的通信维度提供了解决方式。本文基于传统天线的设计方法,结合新材料和新结构进行射频涡旋电磁波天线的仿真设计。在实物制备的基础上对天线的实际性能进行测试研究,从而获得小型化、高性能的射频涡旋波天线。本文主要的研究内容和创新点如下:1.研究基于F形辐射贴片以及圆环形缝隙结构的宽带微带天线,分别在微波与太赫兹波段实现了天线的带宽增强。研究结果表明,F形结构能够形成类似多个LC震荡电路,从而获得较高的天线带宽。地板上刻蚀的环形缝隙结构为天线增加了一个新的谐振器,在保持天线尺寸不变的情况下,增加天线带宽一倍以上。在宽带天线设计、加工的基础上,组成天线阵列并应用于涡旋电磁波的产生。调节相应单元天线的馈电信号,可在天线带宽内任意频率处实现涡旋电磁波的产生。2.提出了一种利用圆极化天线产生涡旋电磁波的新方法。该方法研究了圆极化天线相位与电场矢量的关系,发现在天线自身旋转的情况下,其相位变化与馈电信号相位变化产生同样的效果。利用这一特性,直接通过天线旋转进行相位调控满足涡旋波产生的相位条件,避免了移相器的使用,简化了传统涡旋波天线系统。此外,圆极化天线的全向特性有利于获得标准的涡旋波波形和提高其电磁性能。3.结合超材料的设计方法设计出了一种新型的圆极化超表面天线。为了简化结构和提升天线性能,在天线辐射层加入V形超表面结构。这种引入非对称结构是设计圆极化天线的常用方式,而周期结构更容易获得低轴比的圆极化天线。研究结果表明,同轴馈电位置的偏移能够在不改变谐振频率的情况下调节天线的轴比。这一特性能够给圆极化天线的设计带来很大的方便。4.实现了超表面涡旋波天线的设计、制备与性能测试。本设计方案中提出了径向相位梯度与圆形单元排列的方式,改善涡旋电磁波发散角的问题,减少了对单元个数的需求。利用相位梯度对于电磁波波矢的调控能力,通过合理的计算与设计使得涡旋波向中心聚拢。圆环形排列方式更加符合涡旋波的波形轮廓,有利于获得标准的波形。经过对径向单元个数的探究,在单元个数为1的情况下也能实现涡旋波的产生。基于这一特性,提出圆环形涡旋波天线的设计,实现射频涡旋电磁波天线的小型化设计。