除了电磁波强度、相位、频率、极化等物理量之外,还存在另外一个可以表征电磁波特性的物理量——轨道角动量（Orbital Angular Momentum,OAM）。携带OAM的电磁波被称为涡旋电磁波,具有螺旋形相位分布。理论上,不同OAM模态的涡旋电磁波相互正交、独立传播,为电磁波带来一个全新的相位自由度,因此,涡旋电磁波在通信、雷达成像等领域展现出重要的应用潜力,具有很高的研究价值和应用前景。近年来,微波成像系统逐渐应用于多种场景,如乳腺癌早筛成像、植物根系成像等等,若将电磁涡旋成像引入这些领域,有望进一步提高成像分辨率,而涡旋电磁波的产生是其应用于成像系统的前提。因此,本文针对多种媒质中的OAM大线阵列进行研究,并且围绕涡旋电磁波模态纯度优化、产生方式、主瓣调控等方面开展了一系列工作,具体内容如下:1、为了提高涡旋电磁波的模态纯度,进而提高电磁涡旋成像的分辨率,提出了一种基于天线方向图调控的OAM纯度优化方法。通过优化单天线的方向图,减小天线单元E面方向图与H面方向图之间的差值,实现对涡旋电磁波的模态纯度的提升。在此基础上,对水中目标进行一维、二维成像模拟仿真,结果显示,纯度更高的涡旋电磁波具有更强的分辨能力。2、为了产生高质量、高模态涡旋电磁波,提出了一种基于合成阵列的涡旋电磁波产生方法。通过天线阵列整体的旋转和对每个天线单元的相位调控,实现无穷多模态数涡旋电磁波的合成构建。这种方法不仅可以突破空间对阵元个数的限制,还可以得到较高的模态纯度,在高模态涡旋电磁波的产生方面拥有巨大潜力。3、为了将涡旋电磁波成像引入乳腺癌早筛领域,对油脂中OAM天线及阵列进行研究。通过设计浸入油脂中工作的圆极化天线阵列,在油脂中产生了涡旋电磁波;使用调整半径的方式对涡旋电磁波主瓣进行调控,使得所有模态的主瓣均可照射目标;并通过理论分析给出电磁涡旋成像分辨率与波长、天线角宽、主瓣指向之间的关系。4、为了提高电磁涡旋成像效率,提出了一种复合OAM的产生方法。此方法可以同时产生相邻两个模态,并控制两模态所占比重相同;通过合成阵列的方式,提升了复合OAM的模态纯度。