隨著無線通信技術的快速發展，無線頻段的頻譜擁塞問題愈發嚴重，因此，在頻譜資源有限的情況下研究能夠提高頻譜利用效率的新型無線通信技術具有重要意義。研究表明，軌道角動量作為電磁場所攜帶的基本物理量之一，理論上擁有無窮多種本征模式，且不同本征模式之間具有正交性，如果能夠將軌道角動量的這一特性應用于無線通信中，則有可能大幅提高現有無線通信的信道容量。本文以此為基礎，對軌道角動量在未來無線通信中應用的可行性、技術思路和方法進行相關研究，包括如何在射頻段生成攜帶軌道角動量的渦旋波束，渦旋波束的傳播特性分析，以及軌道角動量模式的檢測等問題；同時，本文基于渦旋波束所具有的獨特的空間相位特性，研究了將軌道角動量應用于雷達目標檢測的可行性，相關研究內容概括如下。

　　本文提出了一種用于在射頻段生成渦旋波束的環形偶極子天線陣列。針對在實際的應用場景中渦旋波束的生成問題，本文以天線設計領域中經典的偶極子天線作為均勻環形天線陣列的陣元，對于偶極子在環形陣列中的四種排布方式，通過仿真分析發現只有平行偶極子環形陣列在線性相位激勵下才能生成攜帶軌道角動量的渦旋波束，在此基礎上，詳細研究了在該偶極子排布方式下環形陣列的各個叁數對渦旋波束輻射特性的影響。同時基于環形天線陣列作為渦旋波束的接收端，仿真驗證了在該渦旋波束接收配置下軌道角動量模式間的正交性以及利用軌道角動量增加無線通信信道容量的可行性。

　　本文提出了一種渦旋波束軌道角動量模式的偏軸檢測方法。針對傳統基于兩天線的相位梯度檢測法在檢測陣列相對于波束軸存在橫向偏移時檢測結果不再可靠的問題，提出一種基于均勻環形天線陣列的不需要確知波束軸位置即可檢測軌道角動量模式的檢測方法，仿真結果表明當檢測陣列相對于波束軸的橫向偏移量在給定范圍內時，均可得到可靠的模式檢測結果，且檢測性能不受偏移量大小的影響。在此基礎上，針對波束軸偏移量更大的情形，本文又提出兩種適合低階軌道角動量模式偏軸檢測的網格天線陣列結構，相對于均勻環形陣列，這種網格陣列具有更大的空間覆蓋區域，且只要波束軸落入該陣列的覆蓋區域內，就能檢測出其軌道角動量模式，并能同時確定該波束軸所在的網格區域，這為后續收發陣列偏移校正等軌道角動量通信信號處理技術提供了有價值的參考。
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