近场波束控制技术可以对天线阵列的发射能量聚焦目标进行调整,在微波生物医学热疗、无线电力传输、RFID和遥感等领域已经得到广泛的运用。当天线阵列工作于辐射近场区时,在研究的过程中便不能采用远场假设,此时需要针对近场场景建模,进行近场天线阵列的研究和仿真。为了进一步提高近场天线阵列的性能,实现近场聚焦距离下的低旁瓣波束、赋形波束等特殊形状的波束,通常以增加天线阵元数量的方式来提高设计自由度,对阵列辐射能量进行调整。随着阵元数量的提高,整个系统的资源开销随之增长,并且阵列设计的难度也大幅提升。因此,针对近场阵列的控制技术具有丰富的研究前景。本文对近场天线阵列中波束控制和阵列设计开展研究,简要概括为以下几个方面:1.本文对近场天线阵列的数学模型进行分析,分别依据阵列信号处理理论和天线阵列理论建立不同模型,并通过理论分析和仿真的方式阐述两者的区别。其中基于天线阵列理论的近场阵列模型对距离维度下的焦点偏移现象有正确的反馈,故本文以该模型为基础进行后续研究。2.本文以自适应阵列理论为基础,提出了一种全局波束响应控制的算法。受到自适应波束形成中最优权向量的启发,将权向量设计为迭代的形式,在近场观测区域内任意一点实现灵活的响应控制,以此为基础进行全局控制。为了提高波束性能,引入最大白噪声增益对该权向量中的参数进行设计,实现低旁瓣波束设计和赋形波束设计。最终展示多组仿真实验,并与传统的波束控制方法进行对比,证明本文所提出的算法能实现良好的波束聚焦性能。3.采用传统遗传算法、贪婪搜索算法进行稀疏阵列设计。为了提高遗传算法的收敛性能,引入概率学习方法对其进行改进;为了降低搜索算法在阵列设计中的时间复杂度,采取模式搜索算法提高搜索效率。在指定阵列稀疏率的场景中,对均匀阵列进行精简,以仿真验证说明本文所设计的算法能在最小化旁瓣性能损失的前提下降低资源开销。4.本文针对2.4GHz的5×5平面阵列和80MHz的41×41平面阵列,将上述波束控制算法和稀疏阵列设计方法联合使用,在稀疏率为70%的条件下进行阵列设计,实现满足旁瓣水平要求的聚焦波束,通过仿真说明本文所提出的联合设计方法能够以主瓣部分性能损失为代价进行稀疏阵列下的低旁瓣设计。