涡旋电磁波因含有轨道角动量这一新的自由度在国内外研究中备受关注。在通信领域,不同模态值之间的涡旋电磁波之间彼此正交,可实现同一频率下的复用传输;在雷达探测领域,其螺旋的相位特征使得目标的散射特性发生变化,在雷达探测及成像上存在潜在的应用价值。但是对涡旋电磁波的实际应用中仍存在较多问题,比如加工工艺复杂生成模态单一化、主辐射方向能量产生空洞、散射特性理论不健全等。因此对涡旋电磁波的产生及散射特性进行研究有着非常重要的意义。本文基于均匀圆形阵列采用相位控制和时间开关序列两种方法产生多模态涡旋电磁波,并在谱分解和物理光学法的基础上研究了几种定标体于高频区的雷达散射截面。主要研究内容包括:首先,介绍了轨道角动量基本理论,并总结了涡旋电磁波相对于传统平面波或者准平面波的不同特性。对涡旋电磁波的产生方法进行了总结,介绍了阵列天线产生涡旋电磁波的优势,并给出了相位控制阵列和时间开关序列产生涡旋电磁波的理论模型。其次进行多模态涡旋电磁天线的设计。基于圆形贴片线极化天线和矩形贴片切角圆极化天线,用相位控制和时间开关两种方式实现了Ku波段l?4涡旋电磁波的产生。对阵列天线进行双圆环组阵优化,并考虑天线一致性,分析了实际中存在的幅度相位误差对涡旋效果的影响;设计了一分十六Wilkinson功分器作为馈电网络进行功率传输,保证各个端口间的相位差,增加端口间隔离度。最后,对涡旋波电磁波的散射特性做定性分析。给出了涡旋电磁波的接收及检测方案;建立了涡旋波后向散射模型,运用谱分解的方法讨论其后向散射回波的主模占比,作为后向散射涡旋效果的判断标准;探究了涡旋波雷达散射截面的相关理论,对比平面波的雷达散射,讨论了涡旋波的雷达散射相应表达式,分析了金属平板、圆柱体等典型定标体的雷达散射特性。