本发明公开了一种应用于无线功率传输的最大化波束收集效率的不规则相控阵天线优化设计方法。结合不规则相控阵天线远场辐射理论模型和压缩感知理论，本发明首先建立以最大化波束收集效率为目标函数、以峰值副瓣电平为约束条件、以子阵排布方式和子阵级幅相加权为设计参数、且保证阵列口径被精确完整划分的高维多约束混合整数二次优化问题；然后，为了简化问题的复杂度，上述优化问题被分解成两步进行求解。第一步，求解一个不包含峰值副瓣电平约束的低维混合整数规划问题，得到最佳的子阵排布拓扑结构；第二步，在子阵排布拓扑结构确定之后，求解一个满足给定峰值副瓣电平约束的凸优化问题，得出子阵级最优幅相加权。简化的两个问题各有侧重且相互配合，最终实现基于波束收集效率最大化的不规则相控阵天线综合优化设计。