我不明白为什么我们需要使用 1/4 波长的地平面而不需要 1/2 波长。

1/2 \$\lambda\$偶极子具有如下电压和电流波：-

图片来自维基百科。

现在，如果您将眼睛集中在图片的死点，您会看到电压始终为零伏。这是因为偶极子由平衡电压源 ( \$V_O\$ ) 进行最佳驱动。偶极天线首选平衡电压源。事实上，电压和电场在下面绿线的长度上都是零：-

这意味着您可以选择将绿线视为接地（假设天线以平衡方式驱动）。现在，如果您将上面的图片切成两半，您将得到一个由不平衡电压源驱动的 1/4 \$\lambda\$单极子。不平衡电压源是一个通常在一条腿上具有 0 伏电压而另一条腿进行电压驱动的电压源：-

而且，毫不奇怪，它的阻抗只有半波偶极子的一半。但是，为了保持相同的辐射模式，您需要“强制”一个地球平面来完成绿线的工作。

四分之一波单极天线不必具有接地平面……除非您希望它以一定的效率和模式辐射 EM 能量。

EM 辐射需要加速电荷，这通常意味着空间中两个分离区域之间的电压差。导电接地平面是与（短）单极天线部分电压的电压差特别好的区域。

否则，电压差将出现在其他地方，例如手持 VHF HT 无线电的人的手、手臂和身体周围，只有四分之一波鞭或“鸭子”天线。而且你的身体不像导电接地层那样有效。

对于半波偶极子天线，每一半作为另一半的平衡平衡，将两个相等长度的一半之间的振荡电压差分开，这导致 EM 场的方向图具有良好的对称性，这有助于创建一个更可预测的射频（近场和远场）辐射模式。四分之一波单极子下方的导电接地层与 EM 场的镜像一起导致类似的对称性。

如果在短垂直线下没有接地平面（或其他设计良好的对位），则会导致各种经常随机放置的导电物体（馈线、无线电外壳、接地带、电源线、雨水）之间的射频电压差排水沟等）和有损污垢。这会导致不可预测的天线辐射方向图、接地损耗，并可能导致令人震惊的“棚屋中的射频”。

ARRL Antenna Book 和 Antenna Physics book 有关于这个主题的信息。还有许多关于电磁学和天线的教科书。

具有接地平面的垂直四分之一波鞭在实际电磁学中应用了一个常见技巧。地平面生成鞭子的镜像，并且该镜像的行为就像它是由反相信号馈送的。结果就像自由空间中的垂直半波偶极子。

理论上，地面应该是一个大的平面，但即使是连接到馈电同轴电缆屏蔽层的一堆单独的杆也可以完成工作。

如果地平面是水平的并且鞭子是垂直的，则生成的天线会围绕鞭子轴水平引导信号 360 度。远场中的波是垂直极化的（=垂直电场）。与具有水平半波偶极子的站的通信将很弱。

半波偶极子的地面镜像也是如此。它在长距离短波无线电通信中被用作一种将光束向上引导以获得有效电离层反射的方法。水平偶极子的仰角根据电离层反射所需的着陆区进行调整。太阳的活动各不相同，因此仔细阅读无线电天气预报对于最佳短波通信至关重要。

1MHz 附近的 MW 无线电台通常有垂直鞭子。地平面是真正的地面。

为什么 1/4 波长必须有接地层，而 1/2 则不需要？

这就是我的想法，一个 1/2 波长偶极子只是两个背靠背的 1/4 波长天线，可以被认为是鞭状或接地平面。

或者，1/4 波长垂直只是 1/2 波长天线，接地平面作为另一个 1/4 波长元件。在这种情况下，我们只是从中间开始测量，而不是测量两个元素。

或者，它们实际上都是相同的天线，只是在获得所需的极化、阻抗和方向特性方面具有不同的优化和折衷。对于 1/2 波长偶极子，两个元素是相同的。对于 1/4 波长的鞭子，一个元件是线，另一个是平面或圆锥。这个主题实际上有很多变化，只是这两个是最常见的。调用一个 1/4 波长和另一个 1/2 波长并不是对两者的精确描述，但这就是我们描述和思考它们的方式，因为在实践中，这描述了它们占用多少空间的最突出维度。

我们可以称这些 1/4 波长天线为“单极”，但它们不是，总是有两个极。有了电磁设备，就没有没有南的北，没有没有右的左，没有接地参考就没有电压。这些天线被描述为 1/2 波长的原因也有点随意，只要它必须达到目标频率的两个零电流点即可。

一旦我明白其中大部分只是半随意的命名法，那么我就不会太担心了。也许最好只学习事物的常规名称，将用于设计的方程式保存在您可以找到它们的地方，而不要太担心它为什么会这样。到目前为止它对我有用。