随着科技的发展,如今的通信信道已经越来越拥挤。而利用电磁波的轨道角动量(OAM)进行通信被看作是潜在的提高信道容量的新方法。反射阵天线凭借其阵面相位可任意设计的特点,能非常有效地生成OAM电磁波。本文采用先理论分析随后结合实验的方法,对设计OAM反射阵天线展开研究和分析,具体包括以下两部分:一、高增益OAM反射阵天线的研究。其中包括:(1)研究了OAM电磁波的物理特性并分析OAM电磁波的外在表现形式。通过理论分析,结合反射阵天线的设计方法,研究OAM反射阵天线的阵面相位分布。结合反射阵天线的设计方法,研究OAM反射阵天线的阵面相位分布,并分析了反射阵天线参数对OAM电磁波的主要影响,为后面的设计打下基础。(2)研究了高效率折叠式OAM反射阵天线。通过采用折叠式反射阵天线的结构拓扑来改善传统空馈OAM天线剖面高、效率低的问题。为了实现这一拓扑,本文提出了一种新的高效率高极化隔离度偶极子天线单元。该单元由于引入了多谐振结构以及耦合电流消除结构,能解决其他文献中天线单元存在的相移范围和极化隔离度难同时达到的问题。通过合理设计后,本文提出的新单元能同时在获得大相移范围的情况下保持极高的极化隔离度(相位抖动<5°)。利用该天线单元,本文设计的OAM天线能在简单的工艺,更小的体积下保持高增益、高效率、高OAM模式纯度。(3)研究了四模式半口径复用OAM反射阵天线的设计方法。如何利用天线产生多个模式的OAM电磁波是利用OAM复用通信的关键问题。为了达到这一目标,本文提出了一种半口径复用的OAM天线拓扑。该结构中不同OAM模式由四个不同的矩形口径(四个矩形口径相互交叠)生成。同时,对椭圆口径OAM电磁波的模式以及正交性进行了理论分析来证明该拓扑的有效性。最后测试表明,该四模式半口径复用OAM反射阵天线能产生四种椭圆OAM电磁波,且不同模式之间的隔离度大于20dB。二、宽带高增益OAM反射阵天线的研究。其中包括:(1)宽带大口径反射阵天线的研究。作为研究基础,要实现宽带OAM反射阵首先应使搭载OAM电磁波的反射阵天线能工作在宽带模式,其次要保证OAM模式在一定带宽内不畸变。为达到这种效果,我们提出了一种新的设计方法,该设计方法能让天线阵面跟踪频率的变化,使整个阵面在宽频带内保持良好的相位补偿。为了验证这一方法,本文设计并制造了一款口径为32.48λ28GHz的单层大口径反射阵天线。该天线的峰值增益为36.1dBi,1.5dB带宽为26GHz~33.3GHz(24.6%)。对比同等口径的反射阵天线,该天线能将7%的带宽提高到24.6%。(2)研究了宽带OAM反射阵天线。由于传统OAM天线都是基于点频设计的,当天线的工作频率发生偏移,其产生的OAM电磁波的模式纯度会严重恶化。为了解决这一问题,利用单元谐振点插入法来设计OAM反射阵。利用该方法设计的反射阵天线能在整个频带内对阵面的相位补偿进行跟踪,从而在频带内保持良好的相位补偿。本文设计了一款宽带OAM反射阵天线。利用该方法设计的宽带OAM反射阵天线能在28GHz~34GHz的频带内保持良好的OAM模式纯度。