涡旋电磁波因其携带有轨道角动量,拥有更为丰富的信息调制自由度和独特的信息获取能力,近年来受到广泛关注。加载轨道角动量的涡旋电磁波照射目标,可获得更多的目标信息,通过成像处理,有望实现高分辨成像。面向雷达成像,本文开展了涡旋电磁波产生方法的研究,主要内容包括:涡旋电磁波辐射场特性及其影响因素分析,面向雷达成像的辐射场优化方法研究,非理想因素对涡旋电磁波辐射场的影响分析,涡旋电磁波产生系统和实测数据分析等,可以为涡旋电磁波产生与设计及其在雷达成像和无线电通信等领域中的应用提供理论依据。第一章概述了面向雷达成像应用的涡旋电磁波产生方法研究背景与意义;介绍了轨道角动量技术的发展现状和国内外涡旋电磁波产生研究现状;并对本文主要研究内容及论文结构安排进行介绍。第二章重点分析了基于阵列天线的涡旋电磁波辐射场特性,解释了相位混叠和“混态”产生原因,结合理论推导和数值仿真分析,总结了阵列参数对辐射场的影响,分析了阵列参数对纯态分布的影响,同时指出了涡旋电磁波在雷达成像中存在的问题:主瓣不一致和旁瓣能量过多问题。第三章为涡旋电磁波辐射场优化设计及非理想因素分析。从面向雷达成像应用着手,提出了波束指向优化设计和辐射场旁瓣抑制方法,研究表明通过波束形成技术或设计多层圆环阵列半径可以解决主瓣不一致问题,通过设计双层圆环阵列参数或设计多层圆环激励可以有效地抑制旁瓣,优化辐射场。同时分析了非理想因素对涡旋电磁波辐射场的影响,推导了存在阵列误差的辐射场表达式,给出了阵列误差对涡旋电磁波辐射场和优化后的辐射场的影响分析,为雷达成像的阵列设计指标选取提供了理论依据。第四章介绍了涡旋电磁波产生系统总体构成和阵列天线系统,给出了针对实际系统的涡旋电磁波辐射场近场测量方案,完成了实测辐射场数据的修正和近远场转换;并在第二章和第三章的理论研究基础上,分析了近、远场实测数据,给出了涡旋电磁场辐射场特性分析,进而评估辐射场质量。第五章对本文的主要工作和创新点进行了总结,并指出下一步研究方向。