天线一般工作在辐射远场区。然而对于某些特定应用场景,如无线能量传输系统、医学微波热疗、射频识别、近场高速无线通信系统等,需要将辐射的电磁能量聚集在辐射近场区的某一特定位置的该天线被称为近场天线。为提高近场能量汇聚的效果,例如希望辐射近场区的波束更小、有较低的峰值副瓣电平,能在近场区产生复杂形状的波束等更优的近场辐射特性调控性能,近场天线阵列需要有很大的调控度,这会导致阵列的口径增大。在阵元间距一定的情况下,增大阵列口径大小最直接的方法是设置更多的天线单元,但此时天线馈电网络的设计难度和成本会大大上升。若通过增大阵元的间距来减少天线单元的数目,会导致产生近场栅瓣,致使近场波束的性能恶化。同时,对近场方向图的调控因近场阵因子的非线性变得更加困难,这导致传统的远场阵列综合方法失效。因此,针对近场天线阵列的阵列综合方法的研究有着很大的研究价值与广泛的应用前景。本文对近场波束赋形和近场稀疏天线阵列综合展开了研究,体现为以下几方面:1.为了解决近场阵列天线波束赋形方法无法有效控制波束形状和副瓣电平的问题,本文提出一种基于方向图叠加和凸优化的算法。该算法在近场区域具有产生任意有轮廓形状、副瓣电平可准确控制的近场波束的能力。同时又针对特定的贝塞尔波束的生成方法进行了研究与对比。2.本文提出一种基于贝叶斯压缩感知理论与凸优化的近场稀布天线阵列赋形算法。首先通过引入多任务贝叶斯压缩感知,针对主极化分量,实现了可生成所需要近场方向图的稀布阵列综合;接着通过限制天线单元最小间距的后处理保证了阵列可实现性;借助凸优化重新计算得到合适的阵列激励减轻了由于后处理导致的方向图恶化;最后对该方法进行了拓展,解决了近场多波束的稀布综合问题。与传统等间距布阵的阵列相比,多组仿真实验证明了本文提出的方法能大幅减少天线单元数目。3.针对上述现有的近场稀布天线阵列优化算法无法准确控制辐射近场区方向图的副瓣电平,以及会出现焦点位置偏移的问题,本文提出了一种基于l₁范数最小化优化算法。在本算法中,近场稀布问题首先改写为l₁范数正则化的形式;为了精确得控制焦点距离和峰值副瓣电平,提出了近场聚焦问题的约束条件;最后通过引入对求解空间的新的采样策略,保证了近场波束可以在求解空间内受到算法的约束。