近十年来,移动通信技术经历了快速发展。如今,5G（Fifth-Generation）作为通信行业关注的热点,相关技术正快速地发展和普及。作为移动终端中的重要一环,手机是与普通用户关系最为紧密的设备。而作为发射和接收电磁信号的最前端,手机天线一直随着移动通信技术的发展和手机形态的更迭不断地发生演变。从最早只需要支持2G（Second-Generation）以满足接打电话、收发短信的需求;到后来的移动互联网的兴起,需要手机天线支持3G（Third-Generation）甚至4G（Fourth-Generation）频段以满足用户流畅上网的需求;到如今用户开始追求5G网络的超高速、低时延体验,手机天线需要覆盖的频段越来越多。另一方面,由于近年来“全面屏”设计在手机设备上的兴起,手机屏幕的“屏占比”要求越来越高,这使得手机天线的净空区域被大大压缩。同时,目前的手机还需要使用全金属中框以提高整体坚固性和美观程度。这些限制都对手机天线的设计带来了严峻的考验。因此,如何在全金属边框的小净空手机环境下进一步提升天线的带宽,设计出能同时覆盖4G、5G甚至更多频段的手机天线有着较为明显的研究意义。本文首先阐述了金属边框小净空手机天线的研究背景和意义,简要地概述了手机天线的发展和目前手机天线研究现状。随后对手机天线的基本参数、适用于目前金属边框小净空手机的天线类型以及一些手机天线的多频段和宽带化技术分别进行了简要的总结和介绍。同时介绍了多输入多输出（Multiple-input multiple-output,MIMO）天线的相关理论,并对手机上MIMO天线的布局和天线隔离度之间的关系进行了简要的分析。最后,基于上述的技术和理论分析,设计了三款应用于4G、5G频段的金属边框小净空手机天线。本文第三章设计了一款应用于4G、5G的十一频段金属边框手机天线。通过多馈点技术分别对三种不同的天线结构进行馈电。其中低频结构使用弯折T型接地枝节作为辐射主体,并使用匹配电路进行阻抗匹配,使其满足698-960MHz频段的覆盖;中频结构通过使用寄生枝节和匹配电路拓宽IFA（Inverted F-shaped Antenna）天线的带宽,最终满足1710-2690MHz频段覆盖;在高频段天线使用一种复合开口环结构,满足3300-5000MHz频段覆盖。天线的各处净空均为2mm,满足目前金属边框小净空环境下手机天线在4G/5G频段的通信需求。本文第四章设计了一款应用于4G、5G的十频段金属边框可重构MIMO手机天线。通过开关切换地板枝节的通断状态实现低频698-770MHz和770-960MHz两个频段的可重构。高频天线结构通过复用低、中频结构的净空区域产生高次模拓宽带宽,满足3300-4200MHz频段覆盖。天线的低频和中频结构分别组成2×2 MIMO天线,高频组成4×4 MIMO天线,各处天线净空为2mm,满足LTE700（Long Term Evaluation）,GSM850（Global System for Mobile communication）,GSM900,DCS（Distributed Control System）,PCS（Personal Communication System）,UMTS（Universal Mobile Telecommunication System）,LTE2300,LTE2500,N77,N78频段覆盖。适用于目前5G环境下的手机设备。本文第五章设计了一款应用于4G、5G和WLAN（Wireless Local Area Network）的十频段金属边框小净空MIMO手机天线。天线净空进一步压缩至1.5mm,并在低频（824-960MHz）和中频（1710-2690MHz/3300-3800MHz）组成2×2 MIMO天线,四个高频天线通过复用低、中频天线结构拓宽带宽,组成4×4 MIMO天线,满足4800-5825MHz频段的覆盖。天线实测性能良好,有较好的应用于未来5G金属边框手机的潜力。