随着无线通信事业的高速发展,无线电低频趋近饱和与无线通信容量需求的爆炸式增长产生了巨大矛盾。因此,现如今的无线通信事业亟须新的技术来提高传输速率与频谱利用率。近年来,轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)作为一种可以控制电磁波传播状态的新属性受到了人们广泛的关注。携带OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,利用不同拓扑荷值OAM之间的正交性,涡旋电磁波可以实现在同一频率下传输多路信息的大容量通信,进而有效地提高无线通信信道容量和频谱传输效率。然而,涡旋电磁波具有中空的特性,其发散程度随着距离和OAM模态的增加而增加,限制了其在远距离通信中的应用。本文针对涡旋电磁波的发散性,提出了一种基于相位调控的超表面(Metasurface,MS)涡旋电磁波汇聚透镜的设计与实现方法。主要研究内容如下:首先,对涡旋电磁波和超表面基本概念和特性进行研究。通过对涡旋电磁波固有属性和产生方法、超表面对电磁波的调控原理、超表面对相位突变的调控以及超表面基本分类这些内容的探究,为超表面涡旋电磁波汇聚透镜的设计提供理论基础。接着,通过对拉盖尔高斯波束和贝塞尔波束特性的研究,借鉴产生非衍射高阶贝塞尔波束的轴棱锥透镜设计原理,提出相位调控方法并推导出超表面汇聚透镜的相位补偿理论。然后设计透射型超表面单元结构,进行仿真并分析其透射相位和透射幅度等性能,选择合适的超表面单元结构,为后续超表面涡旋电磁波汇聚透镜的实现奠定基础。然后,结合MATLAB-HFSS-API脚本文件快速搭建超表面涡旋电磁波汇聚透镜模型,并用全波仿真软件ANSYS HFSS进行初步仿真,通过对超表面汇聚透镜近场电场幅度分布、远场二维和三维增益分布、汇聚前后相位分布、超表面透镜透射效率及OAM纯度进行分析验证了透镜良好的汇聚性能。最后,通过PCB技术将所设计透镜制成实物样件进行微波暗室实验,通过将实验所得近场归一化电场幅度分布、远场二维增益曲线及汇聚前后相位分布等数据与仿真结果进行了对比,验证了该透镜的工程实现性能,进而完成整个课题的工作。