Las antenas son componentes pasivos esenciales en todos los sistemas de comunicación inalámbrica, radar, navegación y otros sistemas inalámbricos. En esencia, son convertidores de energía electromagnética que logran la conversión bidireccional entre las ondas electromagnéticas guiadas en las líneas de transmisión y las ondas electromagnéticas libres en el espacio libre, al tiempo que realizan las funciones de radiación y recepción de ondas electromagnéticas. Desde la perspectiva de la arquitectura del sistema, la antena conecta los equipos transceptores de RF con el medio de propagación espacial y constituye la única interfaz interactiva entre las señales eléctricas y las señales electromagnéticas espaciales. Sin una antena, todos los dispositivos inalámbricos no pueden lograr la transmisión de señales a larga distancia y solo pueden completar el flujo de señales dentro del circuito. El principio de funcionamiento de una antena se basa por completo en las leyes de inducción y radiación electromagnéticas de las ecuaciones de campo electromagnético de Maxwell, que abarcan el proceso de funcionamiento bidireccional de transmisión y recepción.

En el estado de funcionamiento de transmisión, el transmisor de RF envía una onda guiada compuesta por corriente y tensión alternas de alta frecuencia al cuerpo de la antena a través de una línea de alimentación. Cuando los conductores ordinarios transmiten señales de alta frecuencia, el campo electromagnético queda confinado alrededor del conductor y no puede difundirse ni irradiarse hacia el exterior. Sin embargo, las antenas están diseñadas con estructuras especiales para romper las condiciones de confinamiento del campo electromagnético. Cuando el tamaño físico de la antena coincide con la longitud de onda de funcionamiento, las cargas alternas del conductor de la antena producen oscilaciones periódicas, excitando así campos eléctricos y magnéticos alternos. Según el principio de radiación electromagnética, un campo eléctrico alterno excita un campo magnético alterno, que a su vez genera un campo eléctrico alterno. Ambos se acoplan y se generan alternativamente, formando ondas electromagnéticas que se separan de los conductores y continúan propagándose en el espacio libre, completando la conversión de la energía eléctrica en los circuitos en energía electromagnética en el espacio.

En el estado de funcionamiento de recepción, el proceso es completamente reversible al de la transmisión. Cuando las ondas electromagnéticas que se propagan en el espacio inciden sobre la estructura de la antena, el campo electromagnético alterno corta el conductor de la antena, induciendo en su interior fuerza electromotriz alterna periódica y corriente inducida. Estas débiles señales eléctricas se transmiten al receptor a través de una línea de alimentación y, tras la amplificación, el filtrado, la demodulación y otros procesamientos posteriores, se restauran la voz, los datos, las imágenes y otra información útil originales, completando la conversión de la energía electromagnética espacial en energía eléctrica de circuito. La gran mayoría de las antenas presentan reciprocidad en transmisión y recepción, lo que significa que la misma antena puede satisfacer simultáneamente los requisitos de transmisión y recepción, y que los parámetros de rendimiento de transmisión y recepción son básicamente los mismos. Solo algunas antenas dedicadas a transmisión o recepción se optimizan de forma específica.

La eficiencia de radiación y el rendimiento operativo de una antena no son fijos ni invariables; dependen principalmente del tamaño estructural, la forma, el material, el estado de adaptación de impedancia y la frecuencia de funcionamiento. Las antenas de baja frecuencia tienen longitudes de onda más largas, por lo que sus dimensiones físicas suelen ser mayores, y se utilizan con frecuencia en radiodifusión, televisión y comunicaciones de onda corta; las antenas de alta frecuencia tienen longitudes de onda más cortas y estructuras compactas, y se utilizan ampliamente en comunicaciones 5G, WiFi, navegación por satélite y otros escenarios. Al mismo tiempo, el diseño de la antena debe cumplir la condición de resonancia. Solo en estado de resonancia la eficiencia de conversión electromagnética de la antena es máxima y la pérdida de señal es mínima. Esta es también la base fundamental para la selección y el ajuste de antenas. En resumen, el valor fundamental de una antena es construir un puente de transmisión electromagnética entre el sistema de circuitos y el espacio libre, permitiendo la transmisión e interacción de señales inalámbricas a larga distancia.