现今,随着无线通信技术与雷达探测技术的迅猛发展,阵列天线技术在各个领域实现了广泛的应用。阵列天线技术的本质是根据不同方向图的需求,改变其阵列每个阵元的相位和幅度等参数来合成不同的方向指向,典型的如相控阵、频控阵等。本文在现有阵列天线技术基础上,首先结合频率分集技术,研究了单天线频率分集系统,该系统有望广泛用于未来无线通信的准确接入和雷达系统的精确检测。其次研究了基于圆形相控阵产生的轨道角动量电磁涡旋技术,该技术可作为一种复用技术去解决频谱资源与日益渐增的带宽需求之间的矛盾。综上,本文的主要工作概括如下:1.研究分析典型阵列天线理论,系统研究了线性阵列(相控阵、频控阵为例)和圆形阵列的典型特性,为后文研究奠定理论基础。2.基于线性对称频控阵提出单天线频率分集系统,并深入研究一系列参数(如频率源数,频率偏移值,初相增量等)和空间能量分布之间的关系,该系统允许传输能量聚焦强度和聚焦周期的灵活可调,并在特殊聚焦带的强度至少比传统阵列提高了4dB,能极大提高雷达探测的信噪比,同时分析了系统在一定频率偏移误差和初始相位误差范围内具有鲁棒性。为了进一步说明该系统的潜在应用,提出并简要分析了单天线频率分集系统结合相控阵的协同检测方案,该方案可以巧妙地将相控阵和单天线频率分集系统的特点相结合,扬长补短,使得雷达系统目标探测的回波信号信噪比显著提升,进而有效提高目标探测的整体性能。3.研究探讨电磁涡旋理论,同时选取圆形相控阵产生涡旋电磁波作为本文主主要讨论方法,从理论上对圆形相控阵产生涡旋电磁波进行分析,深入研究相关参数(阵列半径、载频、阵列单元数量等)对涡旋电磁波的影响,分析了同心圆环能够有效抑制旁瓣,以上为圆形相控阵产生涡旋电磁波提供理论基础。4.设计一种工作在X波段(8~12GHz)的Vivaldi宽带天线,用ANSYS HFSS电磁仿真软件仿真验证其有效性。基于此天线,设计一种具有16阵列单元的圆形相控阵,基于相控阵技术,合理设置圆形相控阵各个阵列单元的激励初相,能够产生不同模态值的涡旋电磁波,并在其所对应的工作频段内都表现出良好的性能。