天线远场区地面的特性非常重要，尤其是对于前面所讨论的垂直极化天线而言。对于垂直极化的天线，与理想地表条件下的分析结果相比，即使在近场感应区使用最优化的地网辐线系统，有效地减小了地面损耗，地面的电属性在远场区仍将使系统的性能降低。关键在于垂直极化波和水平极化波的地面反射有很大的不同。
反射
首先，考虑平坦地面。平坦地面条件下，在远场区，天线发射的水平或垂直极化波向下传播，入射到地面上后被地面反射，反射方式同光波的镜面反射相似：反射角等于入射角。例如入射角为15°时反射角也为15°。
反射波以各种方式与直达波（辐射角在水平线以上）进行叠加。叠加方式受各种因素的影响，如天线的高度、长度、地面的电特性、波的极化等。在水平线上的某些仰角角度上，直达波和反射波同相﹣﹣两者的最大场强同时抵达空间中的同一点，并且场的方向相同。此时，合场强由两者直接相加可得（在这些角度上，与自由空间相比，场强增加了6 dB ）。
还有一些仰角角度上，两者是反相的﹣﹣同一时刻二者场强大小相等方向相反，此时两者的场互相抵消。在其他的角度上，合场强取上述两种情况的中间值。因此，地面效应在一些仰角角度上使辐射场强增强，在另外一些角度上使之减弱，如前文中所指出的那样，在竖直面方向图中，将出现波瓣和零点。
像天线理论对分析反射效应非常有用。如图1所示，由于 AD 等于 BD ，反射波就像是直接由地面下与 A 点对称位置处的虚拟天线 B （其特性与天线 A 一致）发出来的一样。
如果我们从地面上一个比较远的点观测理想地面上的天线及它的像，我们将发现水平极化天线和它的像中的电流朝着不同的方向流动，换句话说，两电流反相。
图1远处任意点 P 的场强是反射波和直达波场强的矢量叠加。发射波就像是从像天线（ B ）处发出的一样，它的传播路径比直达波长 BC 。
但是，垂直极化天线和它的像中的电流流向相同﹣﹣它们是同相的。因此，水平极化波和垂直极化波的地面反射波之间存在180的相位差，它们与其对应的直达波的最后叠加结果因而不同。
远场区地面反射和垂直极化天线
垂直极化天线在方位上是全方向性的。理想传导地面上的0.5λ垂直天线的竖直面方向图如图2中实线所示。真实地面条件下的情况更接近图中的阴影部分所示。因为实际上不可能获得理想地表，因此只需要考虑小角度辐射的情况．
图2 安置在地面上的λ／4垂直天线的竖直面方向图。实线代表理想地表条件下的方向图。阴影代表频率为14 MHz ，平均地表（ k =13， G =0.005 S / m ）条件下的方向图，此时 pseudo - Brewster 角（ PBA ）ψB为14.8°。
图3（ A ）比较了两副半波偶极天线在频率为14 MHz 时的竖直面方向图。一副水平取向，位于地面上λ/2处，另一副垂直取向，其中心离地面λ/2（注意天线底端并没有触到地面）。地面取平均地面，介电常数为13，导电率为0.005 S / m 。仰角为15°时，水平极化偶极天线的增益比垂直极化偶极天线多7 dB 。比较图3（ A ）和图3（ B ），海面（在 RF 段为理想反射面）上的垂直极化半波偶极天线的峰值增益在15°时与水平极化的偶极天线有可比性，仰角小于15°时则大大超过水平极化的偶极天线。
图3 （ A ）中对平均地面（ k =13， G =0.005 S / m ）上水平极化和垂直极化的半波偶极天线的竖直面方向图进行了对比。水平极化天线位于地面上λ／2处，垂直极化天线其中心离地面λ/2。与垂直天线相比，水平天线受远场区地面损耗的影响要小得多。（ B ）为将地面替换为海面时的情形（天线的工作波长为20m）。海面对垂直极化天线极为有利。
为了定性地理解为何地面不“理想”时垂直天线的小角度辐射不再适用，我们研究了图4（ A ）。各个天线段发出的波经两条路径到达 P 点，一条经 AP 从天线直接到达 P 点，另一条经地面反射，沿路径 AGP 到达 P 点。（注意：因为 P 点离得比较远，因此角度变化很小﹣﹣为方便处理，假定到达 P 点的两束波互相平行。）
如果地面是理想导电地面，垂直极化波经 G 点反射后不会发生相移。由于传播路径的长度不同，两束波到达 P 点时相位不同。两束波传播路径长度的不同正是自由空间中天线辐射方向图与地面上天线辐射方向图不同的原因所在。
图4反射波和直达波在 P 点叠加得到该点的合场强（ P 距离天线非常远）。（ A ）中 AP 和 AGP 两条路径的长度略有不同，（ B ）中两条路径的长度几乎相等。
图4（ B ）中， P 点位置接近水平线。由于传播路径AP 和 AGP 的长度近似相等，辐射角为零度时， P 点的合场强达到最大。双向箭头表示发射和接收时的情况相同。但是，在真实地面条件下，垂直极化天线发出的波经地面反射后相位和幅度都会发生改变。事实上，仰角足够小时，反射波的相位改变了180°，它的幅度将从直达波的幅度中减去。出射角为零时，与直达波相比，幅度基本保持不变，相位呈180反相。这一点同低仰角处水平极化波的情况极为相似。事实上在0°处，如果反射波和直达波完全抵消，方向图中将出现很深的零点，辐射和接收将被抑制。真实地面条件下，相对于水平极化天线，仰角较小时，垂直极化天线将失去理论优势。图4（ A ）清楚地表明了这一点。相对于水平极化天线，仰角较小时，垂直天线占优势的程度取决于垂直天线周围的地面特性。
原作者：BG4ICC 火腿天线
