涡旋波是一种携带轨道角动量的非平面电磁波,其具有多个正交模态和螺旋状形式的等相位面,可应用于无线通信、雷达成像、目标探测等多个领域。涡旋波的产生和调控是电磁研究领域的前沿和热点话题,具有重要的研究价值。电磁超表面因其能够灵活地调控电磁波波前且对电磁波具有异常的电磁响应特性,受到广大研究人员的关注。它可以按照人为要求设计,将亚波长单元进行不同规则的周期排列,从而对电磁波的多个指标参数进行操控。本文从电磁超表面出发,主要提出了两种新型的涡旋波设计调控方法,并且进行了加工和实验测试。主要研究内容如下:1.基于相位调控超表面阵列,研究了涡旋波和贝塞尔波束调制器,并同时实现了传输和反射双方向上的圆极化波束调控。首先利用Pancharatnam-Berry相位原理,结合补偿的涡旋相位,在透射和反射方向同时产生不同圆极化的涡旋波,增益均达到18d B以上,且产生了较好的圆极化涡旋相位。其次,加载锥形相位分布,设计了零阶贝塞尔波束产生器,同时验证了其在10GHz处无衍射和自汇聚的电磁特性。最后,矢量叠加锥形相位和涡旋相位,设计了产生一阶贝塞尔波束的全空间调控的电磁超表面,从电场分布来看,加载了锥形相位后,涡旋波的衍射发散效应明显降低,且圆极化涡旋相位完好。上述提出的三个电磁超表面设计模型的实验测试和仿真结果吻合的较好,均符合理论的设计要求。2.基于全息阻抗表面,分别利用标量和张量阻抗实现圆极化波调控研究。全息阻抗表面具有剖面低和易共形等优点,属于电磁超表面的范畴。利用参考波和目标辐射波的干涉思想进行周期阻抗调制。首先,提出标量圆极化阻抗表面设计模型,在传统全息阻抗基础上修改阻抗分布,在非相位匹配频率12GHz及主波束方向45度处,获得左旋圆极化波分量最大增益为19.2d B,从而实现标量阻抗对电磁波极化的调控。其次,结合标量阻抗提取和调制的思想,设计张量阻抗表面调控右旋圆极化涡旋波。在工作频率17GHz处,右旋圆极化分量最大增益17.8d B。结合近远场特性,证实了张量全息阻抗表面可调控右旋圆极化涡旋波。从仿真结果来看,两个全息阻抗表面天线均符合理论设计的要求。