随着5G(fifth-generation,第五代移动通信技术)时代的到来,手机需要提供更多样化的服务,以满足人们的各种需求。因此,提高手机等移动终端设备的信道容量是迫切需解决的问题。为了改善终端设备的信道容量,多输入多输出(Multiple-input multiple-output,MIMO)技术是一种有效的方法。MIMO技术不仅可以改善信道容量还可以改善频谱效率。因此,用于5G移动通信的sub-6GHz MIMO阵列天线的设计受到很多研究人员的关注。众所周知,为了实现手机的多种功能,手机中已经集成了很多天线。因此,手机中用于放置5G MIMO阵列天线的空间非常有限。在有限狭小的空间内,MIMO单元之间的互耦将会非常严重。因此,在有限空间内实现良好的隔离度和包络相关系数(Envelope Correlation Coefficient,ECC)是充满挑战的。外部去耦结构可以有效改善隔离度,但是会占据额外的空间并且增加MIMO系统的复杂度。本文主要研究如何在不添加任何外部去耦结构的情况下,改善MIMO的隔离度和ECC并减小MIMO尺寸。本文的工作主要总结为以下几点:1、设计了一款基于特征模理论(Theory of Characteristic Mode,TCM)的八单元MIMO阵列天线。近年来特征模理论被广泛应用于MIMO阵列天线的设计中。传统的分析方法是利用特征模理论去分析天线结构,使不同天线激励完全不相交的模式集合。但是,当一个结构上存在很多模式时,这种方法往往很难实现。针对两个天线间激励出多个相同模式的情况,提出新的特征模理论分析方法。通过理论分析,可以将两天线间激励出的相同模式分为同相模式和异相模式,通过权衡这两类模式的激励程度可以有效改善包络相关系数。设计了一款八单元MIMO阵列天线,并采用该方法有效改善了MIMO阵列天线的ECC。最终所设计MIMO阵列天线的隔离度高于15d B,ECC小于0.16。2、设计了两款尺寸非常紧凑且具有高隔离度特性的共享口径两单元模块。所设计的第一款两单元模块由环天线和耦合馈电的缝隙天线完全重叠放置构成,与传统的放置方式相比(两个单元依次排开放置),尺寸缩减超过了50%。在第一款两单元模块的基础上,设计了更易于加工且具有更高隔离度的第二款两单元模块。所设计的第二款共享口径两单元模块由耦合馈电环天线和耦合馈电缝隙天线完全重叠放置构成。两单元模块的隔离度高于30 d B。利用所设计的两单元模块构成的八单元MIMO阵列的隔离度高于18.5 d B,ECC小于0.02。3、设计出基于驻波区域稳定电流零点的具有高隔离度特性的两单元模块。该模块由耦合环天线和环天线构成,通过合理设计,使耦合环天线工作时产生的驻波区域位于环天线的结构上。再将环天线的馈电端口放置在驻波区域稳定电流零点处。当耦合环天线工作时,流入环天线的电流始终非常微弱,因此,在整个工作频段内该模块的隔离度高于26 d B。利用该模块可以设计出四单元、八单元和十单元MIMO阵列。所设计出的四单元、八单元和十单元MIMO阵列的隔离度分别高于23 d B,17.9 d B和14.4 d B。四单元和八单元MIMO阵列天线在整个工作频段的ECC分别小于0.032和0.075。因此,所提出的方法非常适用于多天线MIMO系统的设计,设计的四单元、八单元和十单元MIMO阵列天线在5G终端移动设备应用中具有非常大的潜力。4、设计了两款具有全金属边框的MIMO阵列天线。在金属边框上没有任何断点的情况下,高性能MIMO阵列天线的设计一直是难点。为了实现高隔离度,设计的第一款MIMO阵列天线采用了三种单元。该八单元MIMO阵列天线没有加载任何外部去耦结构,其隔离度仍然高于17 d B。在充分考虑工程实现的情况下,设计了第二款应用于全金属边框的八单元MIMO阵列天线。为了实现高隔离度,采用两种单元来构成八单元MIMO阵列。设计的八单元MIMO阵列天线没有加载任何外部去耦结构,其实测隔离度仍然高于20 d B,ECC小于0.05。设计的两款MIMO阵列具有优异的性能,在5G金属边框手机应用中具有极大的潜力。