本文具体的结构如下：

第一章：绪论。包括本文的研究背景及意义；国内外发展现状；论文的主要内容和结构。

第二章：研究涡旋电磁波的结构、性质、产生方式以及空间相位分布。第三章：研究利用矩量法(MoM)分析涡旋电磁波照射下的简单目标的电磁散射特性。总结出一些涡旋电磁波束以任意角度照射到简单目标的散射特性规律。第四章：研究基于涡旋电磁波的新型雷达成像方法。根据涡旋电磁波在不同模式和参数下的回波信号的不同，可以在不改变发射信号的频率和波束角度的情况下得到更多的回波信息。

第五章：总结。包括对研究内容的总结和对未来工作的展望。

2涡旋电磁波

2.1引言

涡旋电磁波是携带自旋角动量和轨道角动量的特殊电磁波，这个特殊性质使得其在雷达探测与识别中具有很大的优势。本章详细介绍了涡旋电磁波的几种常见的产生方法，对比各自的优缺点，并且具体分析了相控阵天线产生的涡旋电磁波的电场幅值以及相位分布。

2.2涡旋电磁波原理

2.2.1轨道角动量

由经典电磁场理论可知，电磁辐射同时带有能量和动量，其中动量又包括线性动量和角动量。电磁角动量可以分解成两个独立的部分[12]：式中，S为自旋角动量(SpinAngularMomentum,SAM)，是经典电磁场的一种固有属性，描述了电磁场旋转自由度的自旋特征，与电磁波的极化相关；而L为轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)，是电磁场的外在属性，描述了电磁场旋转自由度的轨道特征及能量横向的旋转特性，与电磁波的相位波前分布有关。

2.2.2涡旋电磁波的结构

涡旋电磁波就是携带OAM的电磁波，可以看作为普通电磁波添加一个相位旋转因子产生而得：式中，r为观察点到波束中心轴线的径向距离；是围绕波束中心轴线的方位角，范围是0,2；A(r)表示电磁场的幅值；l为涡旋电磁波的模式数。当涡旋电磁波携带信号信息之后，在空中传播的涡旋电磁波可以表示成：式中，S(t)表示传递的信息数据。受旋转相位因子的影响，涡旋电磁波的相位波前不再是平面结构，而是成螺旋状。涡旋电磁波绕着波束的传播方向旋转，旋转一周波束的相位改变了2l[13]。

图2.2显示了模式数分别为0，+1，+2，+3的涡旋电磁波在远场条件下的电场强度和相位分布，其中l0表示平面波。电场幅度分布图中，蓝色表示场强最弱，红色表示最强，在模式0电场幅度分布图中，从蓝色到红色电场强度逐渐增强。相位分布图中，从蓝色到红色表示电场相位变化一个周期。在波束传播轴上也就是涡旋电磁波的中心处电场振幅消失，场强强度为零，以致波束中心形成暗核，称作相位奇点[14]。从图中可以清楚地看出涡旋电磁波的相位呈螺旋状分布的特点，且相位分布图中心的旋臂个数对应于涡旋电磁波的模式数。随着模式数的增大，涡旋电磁波中心的暗核变大，涡旋电磁波的螺旋性也变得复杂，相位变化也变得更加剧烈。