方向图可以描述同一天线在不同方向上辐射能量的大小，但无法比较不同天线之间辐射能量的集中程度。为了能够定量的比较不同天线之间的方向性，定义了天线方向系数这个参量。

方向系数的定义为，在相同辐射功率和相同的距离下，天线在最大辐射方向上的辐射功率密度Smax与理想点源的辐射功率密度S0之比，或者是二者场强绝对值的平方之比，用D表示。很明显，理想点源的方向系数为1。方向系数D的表达式为

式中PΣ为天线实际辐射的功率，PΣ0为理想点源辐射的功率。二者应该相等。

下面求方向系数D与归一化方向函数F(θ，φ)之间的关系。天线实际辐射的功率可用坡印廷矢量积分法计算，即

而理想点源的辐射功率密度S0为

所以方向系数D又可写成

又因为

所以方向系数D与归一化方向函数F(θ，φ)的关系为