电磁波的极化，通俗讲就是用电场矢量的空间指向来描述。
在空间某个固定点，沿着波的传播方向看过去，电场矢量的方向随时间变化画出的轨迹，就是极化。
天线的极化定义与电磁波的极化一致：在最大增益方向上，天线作为发射时辐射电磁波的极化；或者作为接收时，能让天线输出最大可用功率的入射波的极化。
沿正方向传播的平面波，其合成电场的复数形式可写作。
乘以时间因子并取实部，得到该处的瞬时合成电场表达式。
当两个正交场分量的相位差为π的整数倍时，合成矢量端点的轨迹是一条直线，称为线极化。当两个分量幅度相等、相位差为π/2的奇数倍时，轨迹是一个圆，称为圆极化。其他情况下，轨迹为椭圆，称为椭圆极化。
双极化天线通常包含两个相互正交的极化方向，比如水平极化和垂直极化，或者左旋圆极化和右旋圆极化。相比单极化天线，双极化天线有几个明显的优势。
首先是提高频谱效率。
双极化天线可以在两个极化方向上同时传输信号，相当于在相同频率资源下提供两个独立通道。在频谱资源紧张时，能不增加带宽就提升系统容量和数据速率。例如在移动通信中，采用双极化天线可以在不额外增加频谱带宽的情况下，提高容量和速率。
其次是改善信号质量。双极化天线有助于减轻多径衰落。多径衰落是信号经不同路径到达接收端，相互干扰导致的信号起伏。双极化天线利用两个不同极化方向的信号，可以一定程度上抵消多径衰落，提高信号的稳定性和可靠性。
第三是降低极化失配损耗。如果发射和接收天线的极化方向不一致，会产生极化失配损耗，降低接收信号强度。双极化天线可根据接收端的极化状态调整发射极化方向，减少失配损耗，提高传输质量。
第四是提供空间分集增益。空间分集是在不同空间位置放置多个天线来提高性能。双极化天线相当于在同一位置放置了两个不同极化的天线，两者之间有一定隔离度，能提供分集增益，增强抗衰落能力，降低误码率。在移动环境下，信号衰落问题突出，空间分集能有效改善传输质量。
双极化天线的结构比单极化复杂，技术要求也更高。它需要两个馈电端口，分别激励不同极化方向的辐射场。两个端口之间必须有足够高的隔离度，否则会产生串扰，降低辐射效率和接收灵敏度。
常见的馈电方式有三种。
同轴探针馈电是将同轴电缆的内导体连到贴片天线中心，外导体接地。这种结构简单，易于实现，但可能引入寄生电感和电容。
微带线边缘馈电是将微带线直接连到贴片天线的边缘，能减少电感和电容的影响，提高性能。
口径耦合馈电是在接地平面上开一个口径，将能量耦合到贴片中，能实现较好的阻抗匹配和隔离度。实际上，大多数用于激励线极化贴片天线的馈电技术都可以扩展用于双极化贴片天线，包括上述三种方式。
传统的侧馈双极化贴片天线单元，两个端口之间的隔离度大约在-20 dB到-30 dB之间。
如果对隔离度要求更严格，可以采用如下形式的激励布局。
图中L1和L2是一对正交极化的激励端口，L3和L4是另一对。端口L1、L2用一个一分二功分器连接。L3、L4的激励方向相反，因此使用一个输出端口相位差180°的一分二功分器。
这样做的好处是既保证了阵元之间的同相激励，又让交叉极化耦合来的信号经过180°功分器后相互抵消，从而进一步提高双极化端口的隔离度。
双极化天线是无线通信中的重要技术。合理选择馈电方式、天线结构和高隔离度措施，可以设计出性能优良的双极化天线。
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