在过去的几年里，多输入多输出(MIMO)技术由于其出色的信道容量和多模式工作能力，在高数据传输速率的无线通信系统中得到了广泛的应用。现在，在已有或者即将推出的无线通信协议IEEE802.11、IEEE802.16、IEEE802.20中，MIMO技术都处于核心地位， MIMO技术正迅速成为下一代无线通信的关键技术。在MIMO技术的应用当中选择合适的分集技术对于获得更好的通信性至关重要，在多径分量丰富的通信环境下，极化分集被认为是取代空间分集的最优分集技术。为了获得最大化的系统容量，一个极化分集的通信系统往往需要两个极化正交的天线，而且两个天线要具有相同的辐射方向图和很高的极化纯度。高增益双极化全向天线由于具有全向的辐射方向图和极化分集特性，在目前的MIMO系统中得到了广泛的应用。然而，由其本身复杂的结构和较高的设计指标，目前只有单一极化的全向天线被研制出来，高增益双极化全向天线研究方面，国内外还未取得相应的研究成果。　　本文首先介绍了MIMO系统和MIMO天线的发展趋势，接着阐述了方形微带贴片天线的空腔模分析和天线宽频带理论，并基于理论分析结果设计一款4.9G-5.85G的微带天线单元。然后，对矩形双极化天线单元的端口阻抗和直线阵列进行研究，获得了矩形双极化天线单元的阻抗矩阵和高增益直线阵列的设计方法。并且通过运用遗传算法对四单元直线阵列进行了优化设计，得到了理想的设计效果。最后，根据对传统的全向天线辐射结构的实验研究，提出了两种双极化全向天线的具体设计方案，并进行了实际的加工制作。通过对加工后天线样品的测试，两种设计方案的全向天线的增益分别为8.5dBi和9dBi，端口回波损耗小于10dB的相对带宽均达到17.5％以上，端口隔离度都大于25dB，方向图圆度分别优于2dB和2.5dB。实际测试结果很好的满足宽频带高增益MIMO全向天线的设计要求，有力的证明了本文所采用设计方案的可行性，对于未来双极化全向天线的设计本文具有很好的指导意义。