天线的双极化
下图显示了两个单极化天线安装在一起形成一个双极化天线。请注意，双极化天线有两个连接器。
双极化天线辐射(或接收)两种波，这两种波的极化在空间中彼此正交。垂直极化波应该由具有垂直极化特性的天线接收，水平极化波应该由具有水平极化特性的天线接收。右旋圆极化波应该由具有右旋圆极化特性的天线接收，而左旋圆极化波应该由具有左旋圆极化特性的天线接收。
当入射波的极化方向与接收天线的极化方向不同时，接收到的信号会变小，即出现极化损耗。例如，当+45°极化天线接收到垂直极化波或水平极化波时，或者当垂直极化天线接收到+45°极化波或-45°极化波时，等等，都会发生极化损耗。当用圆极化天线接收任何线极化波，或者用线极化天线接收任何圆极化波等等，都不可避免地会出现极化损耗——只能接收到入射波能量的一半。
当接收天线的极化方向与入射波的极化方向完全正交时，例如，当具有水平极化的接收天线接收具有垂直极化的入射波时，或者当具有右旋圆极化的接收天线接收具有左旋圆极化的入射波时，天线根本不能接收入射波的能量。这种情况下偏振损耗最大，称为完全偏振隔离。“谐振频率”和“电谐振”与天线的电长度有关。电长度通常是导线的物理长度除以自由空间中的波传播速度与导线中的速度之比。天线的电长度通常用波长来表示。一般来说，天线被调谐到某个频率，并且它在以该谐振频率为中心的频带中是有效的。但是其他天线参数(尤其是辐射方向图和阻抗)是随频率变化的，所以天线的谐振频率可能只接近这些更重要参数的中心频率。
天线可以在对应于目标波长分量数关系长度的频率上谐振。一些天线设计具有多个谐振频率，而其他设计在宽频带上相对有效。最常见的宽带天线是对数周期天线，但其增益远小于窄带天线。“增益”是指在天线的最强辐射方向上的天线辐射图的强度与参考天线的强度之比是对数的。如果参考天线是全向天线，增益的单位是dBi。例如，偶极天线的增益为2.14dBi。偶极天线也通常用作参考天线(因为无法制造完美的全向参考天线)，在这种情况下，天线的增益以dBd为单位。
天线增益是一种被动现象，天线并不增加激励，只是重新分配，使其在某个方向比全向天线辐射更多的能量。如果天线的增益在某些方向上是正的，由于能量守恒，它在其他方向上是负的。因此，天线所能达到的增益应该在天线的覆盖范围和它的增益之间取得平衡。比如飞船上的碟形天线增益大，但覆盖范围很窄，必须准确指向地球；但是广播发射天线的增益很小，因为它需要向各个方向辐射。
碟形天线的增益与孔径(反射面积)、天线反射面的表面精度以及发射/接收频率成正比。一般来说，光圈越大，增益越大，频率越高，增益越大。但在较高频率下，表面精度的误差会大大降低增益。
“孔径”和“辐射方向图”与增益密切相关。孔径是指“光束”在最高增益方向上的横截面形状，它是二维的(有时孔径表示为近似横截面的圆的半径或束锥的角度)。辐射图是显示增益的三维图形，但通常只考虑辐射图的水平和垂直二维截面。高增益天线的辐射方向图往往伴随着“旁瓣”。旁瓣是指除主瓣以外的波束(增益最高的“波束”)。雷达等系统需要确定信号方向时，旁瓣会影响天线质量。因为功率分配，旁瓣也会降低主瓣的增益。
增益是指在输入功率相等的情况下，实际天线和理想辐射单元在空间同一点产生的信号的功率密度之比。它定量描述了天线集中输入功率的程度。增益显然与天线方向图密切相关。主瓣越窄，旁瓣越小，增益越高。我们可以这样理解增益的物理意义——为了在一定距离上产生一定大小的信号，如果用理想的非定向点源作为发射天线，输入功率为100W，而如果用增益为G = 13 dB = 20的定向天线作为发射天线，输入功率仅为100/20。换句话说，就其在最大辐射方向上的辐射效果而言，天线的增益与非定向理想点源相比是输入功率的倍数。
半波偶极子的增益为G=2.15dBi。
四个半波对称振子沿垂直线上下排列，组成垂直四元阵列，其增益约为G = G = 8.15 dBi(DBI dBi单位表示比较对象为各方向辐射均匀的理想点源)。
如果以半波对称振荡器为比较对象，其增益的单位为dBd。
半波偶极子的增益为G=0dBd(因为是和自己比，比是1，对数为零。)垂直四元阵列的增益约为g = 8.15–2.15 = 6 DBD。
增益特性:
(1)天线是无源器件，不能产生能量。天线增益只是将能量有效集中在某个方向辐射或接收电磁波的能力。
⑵天线增益由振荡器叠加产生。增益越高，天线长度越长。
⑶天线增益越高，方向性越好，能量越集中，波瓣越窄。“阻抗”类似于光学中的折射率。当无线电波通过天线系统的不同部分(无线电台、馈线、天线和自由空间)时，会遇到阻抗差异。在每个接口处，根据阻抗匹配，无线电波的一部分能量会被反射回源，在馈线上形成一定的驻波。此时可以测出最大能量与最小能量的比值，称为驻波比(SWR)。1:1的驻波比比较理想。1.5:1的驻波比在能耗很关键的低能耗应用中被视为临界值。驻波比高达6:1也可以出现在相应的设备中。最小化接口之间的阻抗差异(阻抗匹配)将降低驻波比，并最大化天线系统部件之间的能量传输。
天线的复阻抗与天线工作时的电长度有关。通过调节馈线的阻抗，即把馈线作为阻抗变换器，可以使天线的阻抗与馈线和电台相匹配。更常见的是使用天线调谐器、巴伦、阻抗变换器、包括电容和电感的匹配网络或匹配段，如伽马匹配。半波偶极天线(同上)的增益(dBi)辐射图是天线发射或接收的相对场强的图形描述。因为天线辐射到三维空间，所以需要几个图来描述。如果天线辐射对称于某一轴(如偶极天线、螺旋天线和某些抛物面天线)，则只需要一个方向图。
不同的天线供应商/用户对方向图有不同的标准和绘图格式。无限大输电线上的电压与电流之比被定义为输电线的特征阻抗，用Z0表示。同轴电缆特性阻抗的计算公式为
z .=[60/√εr]×log(d/d)[欧洲]。
其中d是同轴电缆外导体的铜网的内径；d是同轴电缆芯的外径；
εr是导体间绝缘介质的相对介电常数。
通常Z0 = 50欧元，有些Z0 = 75欧元。
从上式不难看出，馈线的特性阻抗只与导体直径d和d以及导体间介质的介电常数εr有关，而与馈线的长度、工作频率以及连接到馈线终端的负载阻抗无关。馈线中的信号传输不仅有导体的电阻损耗，还有绝缘材料的介电损耗。这两种损耗随着馈线长度和工作频率的增加而增加。因此，应通过合理布局，尽可能缩短馈线长度。
单位长度的损耗用衰减系数β表示，单位为dB/m(分贝/米)。电缆技术规范中的单位多为dB/100 m(分贝/百米)。
设输入馈线的功率为P1，长度为L(m)的馈线输出的功率为P2，传输损耗TL可表示为:
TL = 10 ×Lg ( P1 /P2)(分贝)
衰减系数为
β = TL / L(分贝/米)
例如，诺基亚7/8英寸低损耗线缆在900MHz时的衰减系数为β= 4.1 dB/100 m，也可以写成β=3 dB/73 m，也就是说，频率为900MHz的信号功率每通过这条长度为73 m的线缆就降低一半。
普通非低损耗电缆，如SYV-9-50-1，900MHz，衰减系数β = 20.1 dB/100 m，也可以写成β=3dB/15 m，即频率为900 MHz的信号功率。定义:天线输入端的信号电压与信号电流之比称为天线的输入阻抗。输入阻抗有一个阻性分量Rin和一个电抗分量Xin，即Zin = Rin+j Xin。电抗分量的存在会降低馈线对信号功率的提取，因此电抗分量必须尽可能为零，即天线的输入阻抗应尽可能为纯电阻。事实上，即使是设计和调试良好的天线，其输入阻抗中也总是包含一个很小的电抗分量。
输入阻抗与天线的结构、尺寸和工作波长有关。半波偶极子是最重要的基本天线，其输入阻抗为Zin = 73.1+j42.5(欧姆)。当长度缩短(3 ~ 5)%时，可以消除电抗分量，天线的输入阻抗为纯电阻。此时输入阻抗为Zin = 73.1(欧姆)(标称75欧姆)。注意，严格来说，纯阻性天线输入阻抗只针对点频率。
对了，半波混合振荡器的输入阻抗是半波对称振荡器的4倍，即Zin = 280(欧姆)(标称300欧姆)。
有趣的是，对于任何天线，人们总是可以调试天线阻抗，使输入阻抗的虚部很小，实部在要求的工作频率范围内相当接近50欧姆，这样天线的输入阻抗为Zin = Rin = 50欧姆，这是天线与馈线阻抗匹配良好所必需的。无论是发射天线还是接收天线，它们总是工作在一定的频率范围内(带宽)，天线的带宽有两种不同的定义:
一个是驻波比SWR小于等于1.5条件下天线的工作频带宽度；
一个是指天线增益降低3分贝范围内的带宽。
在移动通信系统中，通常由前者来定义。具体地，天线的带宽是天线的驻波比SWR不超过1.5时天线的工作频率范围。
一般来说，天线性能在工作带宽内的每个频点都是不一样的，但这种差异造成的性能下降是可以接受的。