近年来,如何进一步提高信道容量以满足人们日益增长的信息需求成为了通信领域的研究热点。轨道角动量(Orbital Angular Momentum)理论上具有无限多个模式,而且模式间彼此正交,因此携带轨道角动量的电磁波束为拓展信道容量提供了潜在的理论方法,形成了继时分复用,频分复用,波分复用等复用方式之后的一种全新的复用方式——态分复用。在通信及雷达探测等领域具有广泛的应用前景。首先,本文基于拉塞尔-高斯波束的解析表达式,研究了涡旋电磁波的产生,对相位奇点和轨道角动量特性进行了详细分析。利用Matlab仿真软件计算了涡旋波束在理想环境下,不同模式数相同截面条件下的能量和相位分布,相同模式数不同截面条件下的能量和相位分布及混合模式条件下的能量和相位分布。其次,介绍了Kolmogorov大气湍流理论,标量场衍射理论和角动量谱分解理论,进而针对微波波段上对大气折射率常数造成主要影响的各因素,建立模型并对大气折射率数值的变化进行了分析,在此基础上采用功率谱反演法和Zernike多项式法分别构造相位屏,比较了二者的优缺点并以此为基础模拟涡旋波束在湍流环境中传播特定距离时大气湍流对轨道角动量模式能量及相位分布的影响,计算并分析了涡旋电磁波传输特定距离后的轨道角动量能量占比分布情况。最后,确定了本文对于波前畸变程度的评价标准——RMS(Root Mean Square)和PV(Peak to Valley)。介绍了S-H波前探测器的系统组成,基于模式法波前重构理论对采用Zernike多项式进行波前重构过程中存在的截断误差进行了仿真分析。对经过湍流后的畸变波前进行了补偿,并通过谱分解方法对轨道角动量模式补偿效果进行了分析。