由于轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)具有无穷多正交模式,携带OAM的涡旋波束能够构成无穷多维的Hilbert空间态,理论上OAM技术的使用可以实现通信信道无穷大的带宽。以OAM作为一种不同于频率、幅度、极化的复用自由度以实现复用技术的理论一经提出便掀起了研究热潮,在提高无线通信系统的容量和频带利用率方面展现了巨大的潜力。OAM复用技术及其应用实现的一切前提是如何有效的产生涡旋波束。迄今为止,光领域下涡旋波束的产生研究已经日趋成熟。但由于光学器件尺寸过于庞大,发散角度过大,难以将其全部应用于微波段的无线通信系统中。对微波段涡旋波束的产生研究迫在眉睫。一种新颖的方法是通过人工电磁超表面对入射波的相位、幅度以及极化方式进行调控以实现微波段的涡旋波束,这也是本文主要的研究工作。具体的研究内容如下:Ⅰ.基于广义的Snell定律和反射定律分析了超表面对入射波的相位调控特性;引入Jones矩阵分析了超表面对入射波的幅度和极化方式调控特性。根据单元结构的结构特性将其划分为五类,给了相应的传输特性。Ⅱ.概括介绍了OAM的产生原理和特性,简要归纳了产生OAM的常规方法。结合上述理论和超表面调控特性,设计了一种基于γ分支型单元结构的透射式超表面,在研究了单元结构的极化转换特性、表面电流分布和单元结构几何参数对传输特性的影响之后,仿真实现了微波段下单频点f= 10GHz处两种模式数的涡旋波束产生,并分析了工作频率对涡旋波束产生的影响。Ⅲ.结合OAM理论和超表面调控特性,接着设计了一种基于S型单元结构的反射式宽带超表面,研究了入射波的入射角度、极化角度对单元结构传输特性的影响,仿真实现了微波段下两种模式数的涡旋波束产生。Ⅳ.针对实际馈源采用球面波的情况,对反射式超表面进行了改进。通过设计工作在特定频段的圆锥喇叭天线以产生所需要的稳定的球面波。随后仿真实现了微波段下球面波入射下的涡旋波束产生,并分析了馈源的位置对涡旋波束产生的影响。