成都七中万达学校 610037
摘要：在人们认识到超长波用于潜艇通讯的可行性和极长波在海洋深处核潜艇通讯中应用的可能性，并将两种可能成功的转化为实际后，海水中电磁波的传播性能问题受到人们的高度关注。在此背景下，本文针对电磁波在海水中的传播问题展开研究，希望可以为推动电磁波在海洋研究中更广泛的应用做出贡献。
关键词：电磁波；海水；传播
随着声波在水下无线通信中应用的缺陷逐渐显现，电磁波在海洋无线通讯中成功应用的案例不断增多，人们开始对电磁波在海水中的传播展开研究，人们发现，在海水高介电常数和高导电率的影响下，电磁波在海水中的传播衰减量相比在空气中要明显更多，但在传播速度方面优势一直比较稳定。
一、电磁波在导电媒质中的传播
现阶段人们已经发现，导电媒质电荷分布的体密度在电磁波传播的过程中会发生改变，这种变化除在导电媒质电荷分布密度为0的情况外均存在；另外，导电媒质中传播电磁波会直接导致振幅出现下滑现象，原本同相的磁场强度矢量和电场关系发生变化，电场和磁场的强度差额进一步扩大，磁场能量成为电磁波能量中最重要的能量，反流、散射等原本不存在的现象也随之发生。考虑到海水是一种特殊的均匀导电媒质，其具有恒定的温度，而电磁波在海水中传播过程，虽然与在空气中传播存在一定的差异，但仍要符合MaxWell方程组和对应辅助方程的关系要求，所以在对电磁波在海水中的传播特性进行研究的过程中，可以将电磁波等同于简谐波，此时海水作为均匀导电媒质，电荷体密度可以直接被视为0，在此时将电磁波在海水中的传播带入MaxWell方程组和对应辅助方程则可以发现电磁波在水下传播常数的平方可以通过 表示，其中 代表角频率； 代表磁导率； 代表介质的介电常数； 代表电流密度矢量； 代表海水电导率。
二、电磁波在海水中传播特性的特性分析
（一）从具体的参数变化分析海水中电磁波的传播特性
电磁波在海水中的传播特性要通过多种参数进行集中反应，目前以下几种因素是评估电磁波传播特性过程中最常用的参数。
（1）传播常数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆传播常数主要包括海水中衰减常数和相移常数两种，两种常数可以反应出电磁波在传播过程中，单位长度产生的衰减幅度，需要注意的是，海水中本身存在的自由电子在电磁波的辐射下会在海水中产生一定的电流，而在电磁场的作用下，这部分电流又会被转化成热量，所以才会导致电磁波在海水传播的过程中表现出较明显的衰减。这就直接导致电磁波的海水中衰减常数大小与电导率、磁导率频率、介电常数等因素密切相关。在传播的过程中，如果频率得到提升，衰减常数会也随之增大，此特性会严重的制约电磁波在海水传播领域的应用。在分析相移常数的过程中，要先对海水中电磁波的相速度系统的认识，众所周知，如果在电磁波传播的过程中，频率的变化会导致传播的速度随之变化，就说明在传播的过程中，出现了色散波，也说明此时海水电导率的具体值是除0以外的常数。但考虑到海水电磁波相速度几乎达到了声波在海水中传输中相速度的百倍以上，可以判定电磁波在海水中传播的过程中，并不会受到相移常数的明显影响。
（2）波长参数
波长会受到媒质、频率等因素的影响，通常情况下，电磁波同时在海水和空气中以相同的频率进行传播，前者产生的波长相比后者要明显更短，波长的迅速变化，会直接影响电磁波传播的效果，所以在考虑应用电磁波进行海水下通讯，必须要有意识的解决此问题。
（3）趋肤深度
现阶段人们发现，在电磁波垂直在海水中传播时，随着传播深度的增加，场幅和能量会明显的缩减，人们将此种现象成为趋肤效应，在场幅和能量衰减到只剩下原本的1/e的情况下，就可以结合此时的深度确定电磁波在海水中传播时的趋肤深度，其中e表示任何自然常数，海水中电磁波在传播的过程中，趋肤深度间的间距会明显的表现出越来越小的趋势，这在一定程度上也说明海水中电磁波在传播时衰减是十分明显的。
（二）从整体上分析海水中电磁波传播的特性
从整体角度分析可以发现，高频电磁波垂直在海水中传播时没传播的深度非常有限，但其能量的大小要明显高于电场，所以如果考虑将电磁波应用于海水下探测领域效果会更加理想；另外，在电磁波从空气中向海水中传播的过程中，即使调整传播的角度，也不能明显的改变入海水后垂直传播的特性，使电磁波在海水垂直传播过程中，衰减严重的问题重新出现。
结论：通过上述分析可以发现，现阶段人们已经认识到完全依靠声波在海水中进行通信，很难保证通信的质量，并在实践中有意识的结合电磁波的辐射特点，对其在海水中辐射表现的特征进行总结归纳，为探索在海水中依靠电磁波实现通信的路径积极努力，但相关研究目前仍处于初步阶段，具体如何在海水中克服电磁波衰减严重问题，仍需要进一步研究。
参考文献：
[1]王宏磊． 电磁波跨越海—空界面传播特性研究[D]．西北工业大学，2015．
[2]巨汉基，方广有，纪奕才，张锋． 离散复镜像法在海水极低频电磁波传播计算中的应用[J]． 电子与信息学报，2011，04：922-926．
论文作者:王娅如
论文发表刊物:《科技中国》2016年12期
论文发表时间:2017/3/16
标签：电磁波论文; 海水论文; 常数论文; 媒质论文; 过程中论文; 特性论文; 相移论文; 《科技中国》2016年12期论文;