信息化时代的到来使设备对于通信质量的要求逐渐增加,为了提高数据传输速率,多输入多输出（MIMO,multiple-in multiple-out）天线手机对低相关度的多天线提出了很高的要求。特征模理论有着清晰的物理概念,从天线的工作机理出发,根据各个特征模式具有相互独立的特点,可以实现指定辐射远场的激励。本文通过对超薄金属基板加载边框的特征模式分析,首次设计了2.4 GHz全圆辐射方向图四天线系统。在两个主平面上,增益变化仅为3.4 d B和3.6 d B。天线间的隔离度在15 d B以上,相关度在0.01以下。保持完整的地平面和2毫米的小净空部分。然后利用金属基板与边框间的净空部分设计了八端口天线系统。八个天线单元的谐振频率为2.4 GHz,天线带宽为90 MHz,天线之间的相关性保持在0.07以下。制作天线系统物理模型并进行实验验证,测量结果与仿真结果吻合良好。本文还基于特征模理论,研究了单天线的辐射方向图综合算法,通过目标辐射方向图求解天线的馈电信息。首先根据两个天线远场间相关性系数的计算公式,推导出模式权重的计算公式,从而得到特征模式远场在总远场中的模式权重系数。然后采用压缩感知算法对天线馈电求解结果进行优化,得到一套完整的辐射方向图优化算法。将此算法应用在舰船三维天线结构,综合得到的辐射方向图与目标辐射方向图相关性系数达到0.71,表明二者具有高相关性,该算法具有应用潜力。本文基于特征模理论对手机天线和舰船天线进行了方向图的研究,分别实现手机MIMO天线全圆方向图的构建,以及低仰角全向性舰船天线的方向图综合。尽管二者体积相差较大,特征模理论的特性仍然是研究天线方向图的有力工具。