MIMO天线因其采用多个天线单元,可以大大提高信道容量而被认为是5G移动通信的关键技术之一。中国为了加快5G网络的部署,将2.5-2.7GHz,3.4-3.6 GHz和4.8-5.0 GHz列为5G频段。另外,由于智能手机中的电路复杂,器件众多导致给予MIMO天线的设计空间越来越小。因此,研究多频段的小型MIMO天线具有十分重要的意义。论文基于紧密排列的天线单元之间的去耦技术及天线单元的小型化技术,研究了三个面向5G智能手机的多频MIMO天线。本文的主要工作和创新点有:（1）将一个2.6 GHz/4.9 GHz的U型双频天线和一个3.5 GHz的L型单频槽天线紧密排列组成异频天线对,两个天线单元之间的间距仅有0.045λg（λg是在频率3.5 GHz的导波波长）。基于这种异频天线对,设计了一个十二单元三频MIMO天线,每个频段均有六个天线单元工作。实验结果表明,天线单元之间的隔离度优于12.5 dB,ECC小于0.35,效率大于0.55。（2）将一个3.4-3.6 GHz和4.8-5.0 GHz的T型单极子天线单元和一个3.4-3.6 GHz和4.8-5.0 GHz的阶梯阻抗型槽天线单元紧密排列组成混合天线对,两个天线单元之间的间距仅有0.045λg（λg是频率在3.5 GHz的导波波长）。通过加载短路枝节,该混合天线对实现了紧密排列的双频天线单元之间的隔离度优于12 dB。基于这种天线对,设计了一个八单元双频MIMO天线。实验结果表明,在3.5GHz频段,MIMO天线的ECC小于0.15,整体效率大于0.4,信道容量最高可达38.5bps/Hz;在4.9GHz频段,MIMO天线的ECC小于0.06,效率大于0.7,信道容量最高可达40.1bps/Hz。（3）基于贴片天线和开槽技术,在手机侧边框设计了一个3.4-3.6 GHz和4.8-5.0 GHz的双频天线单元。该天线单元在一个贴片天线的基础上,通过L型开槽技术降低贴片天线的谐振频率,使得贴片天线原有的两个谐振频率4.93 GHz和8 GHz降至3.5 GHz和5 GHz,从而覆盖所需频段。整个天线单元的尺寸为9×5.5mm2,长宽均小于0.25λg（λg是频率在3.5 GHz的介质中的导波波长）,实现天线单元的小型化。将这种天线单元以大于0.25λg的间距排列,设计了一个八单元双频MIMO天线。实验结果表明,天线单元之间的隔离度优于12 dB,ECC小于0.25,每个天线单元的效率均大于0.5。