两副在同一地点、极化方向相互正交的天线发出的信号呈现出不相关的衰落特性。利用这一特点，在收发端分别装上右手圆极化（right-hand circularly polarized，RHCP）天线和左手圆极化（left-hand circularly polarized，LHCP）天线，就可以得到两路衰落特性不相关的信号。所谓定向双极化天线就是把RHCP和LHCP两副接收天线集成到一个物理实体中，通过极化分集接收来达到分集接收的效果，所以极化分集实际上是空间分集的特殊情况，其分集支路只有两路。

基本的极化分集合成系统结构见图。输入信息经过极化调制分集来调度RHCP和LHCP轮流调制发射，接收端轮流解调，以最大似然模式合成信息输出。

基本的极化调制分集合成系统结构图

在卫星通信系统中，向地面发射信号时，所采用的无线电波的振动方向有多种方式，可使用水平极化（H）和垂直极化（V）。卫星向地面发射信号时，其无线电波的振动方向有正交的两个方向。例如拿一条绳子左右抖动，产生的波是左右波动，称为水平极化；而拿一条绳子上下抖动，产生的波是上下波动，称为垂直极化。通过改变馈源的矩形（长方形）波导口方向来确定接收的是垂直极化还是水平极化。当矩形波导口的长边平行于地面时，接收的是垂直极化；垂直于地面时，接收的是水平极化。极化方向（极化角）又因地而异有所偏差。因为地球是个球体，而卫星信号的下行波束却是水平直线传播，这就造成不同方位角所接收的同一极化信号有所不同，所以地理位置不同，所接收的信号极化方向也有所偏差。

极化分集接收天线包括两个分支天线，分别位于垂直于来波方向的平面内，与垂直轴夹角为90°。极化分集天线同其他分集形式的天线一样，其主要的技术指标即分集天线两分支之间的相关系数不同于其他分集形式。由于是极化分集，每一分支的极化方向与垂直轴有夹角，独立分支的接收信号电平要比垂直极化的接收信号电平低，引入接收信号电平降低因子来描述平均接收信号电平相对于垂直极化接收信号电平的降低。

在移动卫星通信中，人们采用一种基于极化调制的双正交极化卫星多输入多输出（multiple-input multiple-output，MIMO）传输模式。鉴于唯一的被激活天线能够很好地减小多极化MIMO传输模式中的干扰和提高正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）多载波调制技术在高速传输下有效的抗符号间干扰性能，基于极化调制的双正交极化卫星MIMO传输系统在高速率通信中能获得更好的传输性能，具有很好的应用价值。