轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）作为电磁波的一项基本属性,反映了电磁波在空间中的相位特征。由于具有螺旋式的相位分布以及模态间的正交性,OAM波束在通信复用、雷达探测等领域已被证明具有独特的应用潜力。与此同时,由于可以实现灵活的波束重构与调控,波束赋形（Beamforming）技术也已得到了广泛的应用,而作为一组完备的本征模集合,OAM波束亦可实现基于电磁波本征模叠加的波束赋形,所构造的模式群组（Mode-Group,MG）能够实现方位角向的波束多样性。本文围绕着射频轨道角动量的波束特性,在明晰赋形机理的基础上,重点着眼于将基于射频OAM的波束赋形技术与现有通信技术相结合,分析并验证了新架构的可行性及其性能表现,进一步拓展射频轨道角动量的应用领域。本文从产生方式和应用场景这两个视角出发,对射频OAM波束的研究现状进行了归纳,进而总结了在实际应用中存在的局限性。针对该局限性,引入一种特殊形式的射频OAM波束——平面螺旋轨道角动量（Plane Spiral OAM,PSOAM）波束,得益于一致的发散角和传播方向,PSOAM波束更适合用于构造模式群组,实现基于本征模叠加的波束成形。在波束特性方面,基于赋形机理,探究了模式群组的特征参数对合成波束的影响,证明了模群同时具有定向性以及涡旋性;在波束调控方面,相比于相控阵技术,模群能以更简单的馈电方式实现多波束的产生以及方位角向的全向无畸变扫描。基于PSOAM模群的波束赋形技术具有完备的理论指导,可以为雷达、通信系统提供一种全新的波束调控方案。其次,初步探索了其在无线通信领域的新应用模式。本文将模群技术与多输入多输出（Multiple-In-Multiple-Out,MIMO）技术相结合,提出了基于PSOAM模群的视距MIMO通信系统（MG-MIMO）,该方案同时利用模群的高指向性以及主瓣内丰富的相位信息。通过构建信道的传输矩阵,并对容量增益性能进行数值仿真,深入分析了该系统架构的性能优势。为进一步验证正确性和可行性,采用一种紧凑型8模PSOAM天线实现模群的构造,并搭建通信系统原型机。经过多项原理验证性实验,分别证明了PSOAM模群的涡旋性对子信道相关性的降低、定向性对系统信噪比的改善以及优于传统视距MIMO系统的误码率性能和鲁棒性。之后,成功实现了50 m、16-QAM的无线视距通信,为基于射频OAM的远距离传输提供了新的研究思路。进一步地,提出了一种基于部分弧采样接收（Partial Arc Sampling Receiving,PASR）的PSOAM模群正交复用通信系统,该方案利用了PASR机制下模群之间的正交性。为验证系统架构的可行性,在视距场景下搭建了实验链路,对由模群正交性所带来的信道隔离度进行测量,结果表明信道隔离度能够维持在15 d B的水平上。之后,成功地开展了复用通信实验,结果证明了现有的信道隔离度足以支持两路16-QAM信号进行独立且可靠的无线传输。相比于上述的MG-MIMO系统仍需依赖MIMO算法,该方案的解复用过程可以完全通过模拟移相操作来实现,能够大幅度地降低接收复杂度。最后,针对实际的通信应用需求,本文提出了基于部分弧发射机制（Partial Arc Trans-mitting,PAT）的高阶OAM模式群组产生方法,该方法可以为难以产生多个连续的高阶单模OAM波并将其叠加构成模群的工程问题提供一种解决思路。参照PAT机制,设计了一种部分开缝的弯曲波导漏波天线,经过全波仿真验证,该天线可以在60 GHz的频段同时产生le=±40的高阶OAM模群。再依据天线的具体性能指标,对MG-MIMO系统进行了链路仿真,为该天线在通信系统中的应用提供了参考价值。本文就基于射频OAM的波束赋形技术及其在无线通信领域的潜在应用开展了较为系统的研究,相关研究成果有利于促进射频OAM技术的进一步发展,为未来推进该技术的实用化提供了理论和实践基础。