近年来,伴随着移动通信系统高速发展,移动终端设备也得到了快速升级,其中以手机终端的更新迭代速度最为瞩目。天线作为移动终端设备的最前端,是发射和接收电磁信号的关键装置,在移动终端设备中的地位十分重要。而手机终端设备的快速发展对搭载其上的天线提出了更高的要求。对于更快数据传输速率的追求,天线必须能够提供更宽的频带且支持多输入多输出;对于全球通信的追求,天线必须能够覆盖全球各地的通信频段;对于工业设计美观的追求,利用金属作为手机边框越来越受到欢迎。特别地,近几年来手机终端的全面屏、高屏占比的设计趋势,要求天线占用系统电路板更小的净空。同时,第五代通信系统即将到来,手机终端需要同时支持第四代和第五代通信系统(4G和5G)的频段,这就要求手机终端必须能够同时搭载支持4G和5G频段的天线,同时在5G频段具备多输入多输出(MIMO)特性。因此,天线的小净空、多频段以及多天线技术是目前手机终端研究和设计中的热点和难点。本文首先对手机终端天线的研究背景及意义进行了简要的概述,并简要介绍了手机终端天线目前的研究现状。接着对手机天线的基本理论、常见形式、常用技术和测试技术做了简要介绍,同时对MIMO天线的基础理论和常用方法做了简单概述。基于这些理论和方法,本文设计了四款可应用于金属边框手机终端的天线方案。本文的第三章,首先介绍了特征模理论的理论基础和发展现状,然后基于特征模理论提出了一款七频段金属边框手机天线。论文中详细阐释了利用特征模理论指导天线设计的过程,并给出了加工和实测的结果。随后,在第一款天线的基础上,利用特征模理论的优势,我们又设计了一款小净空的七频段金属边框手机天线,实测的反射系数小于-6 dB的阻抗带宽为800-1000 MHz和1.7-2.78GHz。可以覆盖WWAN(GSM850/900/DCS/PCS/UMTS2100)和LTE(LTE2300/2500)七个常用的通信频段。天线的实测结果良好,证明了该天线有被实际应用的潜力。本文的第四章在上一章的基础上,进一步实现了净空仅为4mm的七频段金属边框手机天线的设计,并对天线的仿真结果进行了简要分析。随后,为了实现多天线的设计,在保留主天线的基础上,利用地板另一端的净空放置相同的天线单元作为分集天线,实现了2×2 MIMO天线的设计。多天线的仿真结果表明主天线和分集天线均可以覆盖WWAN(GSM850/900/DCS/PCS/UMTS2100)和LTE(LTE2300/2500)七个通信频段。同时,主天线和分集天线的隔离度、效率和包络相关系数均在可接受的范围内,证明了天线有被实际工程和商业使用的能力。本文的第五章,利用地板和金属边框之间的宽度为2 mm缝隙设计一款应用于4G/5G的可重构金属边框4×4 MIMO手机天线。通过可重构技术,天线可以工作在两种状态。天线处于工作状态1时,四个天线单元反射系数小于-6dB的带宽均为1700-2730MHz,可以覆盖DCS/PCS/UMTS2100和LTE2300/2500五个工作频带。当天线处于工作状态2时,四个天线单元反射系数小于-6dB的带宽均为3.38-3.82GHz,可以覆盖Sub-6G的5G频段(LTE频段42/43)。天线在工作状态1和工作状态2时的性能参数(S参数、总效率和包络相关系数)均满足要求。此外,所设计的天线主要利用地板和金属边框之间的缝隙,其净空仅有2mm,因此本款天线在高屏占比手机中有被应用的潜力。