移动互联网时代下,人们对于无线通信的需求更加强烈而全面,如何合理利用有限的频谱资源,提升频谱利用率是通信行业亟待解决的问题,轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)作为一种可能的解决方案,表现出极大的研究价值。然而OAM波束存在相位奇点、不同模态的波束发散不一致等问题,在实际应用中受到了限制。平面螺旋轨道角动量(Plane Spiral OAM,PSOAM)的概念在此背景下被提出。与传统沿着轴向传播的OAM波束(OAM传播波)不同,不同模态的PSOAM波束均沿着同一平面传播,易于实现多模态合成,避免了波束发散不一致的问题。多模态PSOAM合成可以构建具有多样化辐射图样的结构电磁波,在雷达探测及保密通信中具有潜在的应用优势。然而,现有的PSOAM产生方式由于天线尺寸或辐射效率问题,在实现多模合成上较为困难。因此,探索新的多模PSOAM产生方法以及研究合成波束特性对于PSOAM的应用具有重要的意义。本文提出了 一种新的多模PSOAM的产生与合成方法。该方法利用环状排布的梯度超表面,可以把入射的OAM传播波转化为OAM表面波,即产生PSOAM波。当多个OAM波束同时入射时,则可以实现多模PSOAM波的产生和合成。论文工作为多模PSOAM的产生和合成提供了一种新的思路。论文基于环形行波谐振腔理论,设计了工作频率为15GHz、模态为±5和±3的环形谐振腔天线。然后重点设计了一种环状排布的梯度超表面,将上述环形谐振腔天线作为OAM入射源,进行仿真验证,并对OAM波向PSOAM波的转化进行了详细的理论分析。此外,论文设计的超表面结构成功实现了±5和±3四个模态的合成,仿真辐射特性与理论计算一致。最后,通过调控馈电相位,实现了合成图样在横向平面360°的波束扫描。