多输入多输出(MIMO)系统是在发射端和接收端都采用多天线的系统。它可以在同一频带内,提供传输平行信息的几个无线信道,并大大地增加系统的容量。目前,天线问题是限制MIMO技术在蜂窝移动通信和3G/B3G应用的一个重要因素。随着MIMO技术的发展,对应用于MIMO系统天线的研究变得十分迫切,同时也具有理论意义和实用价值。本文系统而深入地概述了MIMO分集性能衡量指标,对空间分集、方向图分集、极化分集的应用场景进行深入探讨,进而根据MIMO系统天线设计的要求和特点,结合当前典型的新型MIMO系统天线单元和天线阵列,详尽地分析了它们的设计思路,指出了MIMO天线的发展方向,提出了MIMO多天线的设计思想与技术途径。接着对极化分集MIMO天线进行研究,系统而完整地研究及设计了MIMO极化分集天线。仿真设计双极化天线、三重极化天线、垂直极化状态的方向图可重构天线,均表现出较好的性能。方向图可重构天线是MIMO天线设计的新思路。最后探讨三维空间散射环境中,Kronecker信道模型下天线方向性对空间衰落相关性和信噪比的影响,仿真研究均匀圆阵、线阵、矩形阵的多输入多输出系统信道容量。首次综合性给出天线方向性对信道容量的影响,即当定向天线主瓣对准来波时,定向天线方向性引起的信噪比增加超过了其相关系数对容量的负面影响,从而使信道容量整体优于全向天线。天线单元方向性越强,信道容量越大。对如何合理设计MIMO系统发射和接收端天线阵列来进一步取得系统的容量增益具有现实意义。