随着无线通信的快速发展,频谱资源变得愈发的紧缺。科学家研究发现,携带轨道角动量的涡旋电磁波在模式值不相等的条件下具有相互正交性,而OAM模式可取任意值,所以可将多路信号分别调制到不同模式的涡旋波束上进行同频传输,理论上可获得无穷的传输能力。因此,轨道角动量技术成为解决频谱资源紧缺问题的有力方案。其中,OAM涡旋波的可形成性也成为重要的研究内容。同时,人工电磁超表面由于具有高增益、易加工、可任意调控电磁波等优点,成为形成OAM涡旋电磁波的新方式。本文以多功能轨道角动量涡旋波人工电磁超表面进行研究,设计了3种人工电磁超表面OAM天线,实现微波频段多功能涡旋波束的形成。本文主要完成的工作和创新点如下:(1)设计了高效率小型化人工电磁超表面OAM天线。首先设计出小型化的单层双圆环结构作为调相单元,实现了377°的相移。其次将单元周期排列并补偿相位来设计超表面,可形成OAM模式数分别为l=1,2,3,4的涡旋波束,并进行了波束模式纯度与稳定性分析。进一步的设计了可形成波束偏转的超表面,表明涡旋波束可沿任意方向传输。最后计算得到天线口径效率达22.6%。对比可知,所设计的超表面具有小尺寸、高口径效率的优点,以此形成的OAM涡旋波束具有高纯度、强稳定性以及小的发散角。(2)设计了多波束双频双极化人工电磁超表面OAM天线。首先设计了双频双极化加载传输线型单元结构,该单元在10GHz且x极化波入射下可达425°的相移,在20GHz且y极化波入射下可达436°的相移。单元在两频率下独立可调,其相移曲线互不干扰。其次利用该单元设计了三款具有不同波束数量、不同OAM模式、不同涡旋波方向的超表面,仿真得到超表面可工作在双频,并且在小尺寸下实现了4个OAM涡旋波束的同时形成。最后,对所设计的一款超表面进行加工与测试。结果表明,超表面在双频段均可形成多波束、多模式、多方向的OAM涡旋波,并具有高的增益和口径效率。(3)设计了反射透射双功能人工电磁超表面OAM天线。首先创新性的设计出一种单层的各向异性单元结构,利用该单元的交叉极化场连续性可同时实现电磁超表面的反射与透射功能,且只通过调整一个变量即可实现388°的相移。其次,设计了三款反射透射超表面,分别可形成高增益定向波束、双波束OAM涡旋波、四波束OAM涡旋波。最后由仿真结果表明,所设计的单层电磁超表面同时实现了反射与透射的功能。