MIMO天线是第五代移动通信系统的重要组成部分之一,如何在有限的空间内降低MIMO天线阵元间的电磁耦合已成为广泛且必要的研究课题。然而,降低耦合的传统设计方法大多依赖于经验和对参数的优化,具有广泛应用潜力和更高计算效率的特征模理论被提出用于解决电磁耦合问题。本文提出基于特征模理论的四种平面MIMO天线设计,使用的介质基板均为尺寸不超过60 mm×120 mm的FR4基板。天线设计过程中通过特征模分析能够以更加系统化的方式确定使用的天线类型、天线的放置位置和去耦结构的类型以及放置位置,最终实现提高MIMO天线隔离度的目标。本文主要研究内容如下:依据特征模理论,采用CST Studio Suite商业电磁仿真软件进行天线阵元与金属地平面的特征模分析。当所设计的天线阵元的前两个特征模与金属地平面的特征模具有相近的谐振频率时,根据金属地平面的近场分析结果放置天线阵元,可以对金属地平面具有正交特征的特征模进行选择性激励,以达到提升隔离度的效果,完成相同阵元构成的2阵元MIMO天线设计。根据特征模分析,设计第二种与金属地平面的特征模有相近谐振频率的天线阵元,将两种天线阵元分别作为电天线和磁天线激励金属地平面相互正交的特征模式。根据天线阵元与金属地平面的3D辐射方向图的对比,可以确定天线阵元的特征模与所激励的金属地平面的特征模之间的对应关系。最后实现明显的隔离度提升效果,完成由不同阵元构成的2阵元MIMO天线设计。选择特征模分析中的特征电流模式进行降低4阵元天线电磁耦合的研究与设计。将所设计天线的特征电流模式与激励源存在时的表面电流进行对比,区分MIMO天线特征模中的耦合模式和非耦合模式。之后将简单的缺陷地结构放置在基板的特定位置以降低耦合模式的影响同时不对非耦合模式产生明显的影响。所采用的方法对由相同阵元构成的4阵元MIMO天线和由不同阵元构成的4阵元MIMO天线都有显著的降低耦合效果,从而提高MIMO天线的隔离度。