近年来,随着分层介质中的电磁传播问题在地质勘探、海底探测、潜艇通信和微带电路等许多的领域中有着重要应用,人们对这个问题的理论认识日渐深入。伴随着吸附表面波概念的提出,三层结构的理论研究得到广泛的应用,然而,对于四层结构的研究,学术界存在一定的分歧。因此,本文基于平面四层模型研究了垂直电偶极子激励的电磁场的理论结果,并设计了一款基于三层介质结构的封装天线。主要的研究工作总结如下:第一,介绍了四层介质中的电磁场表达式解析解的研究背景和应用,研究了四层介质中电磁场的解析结果,对覆盖下水管道的地表建模,并进行电磁场分析,给出相应的结论。值得指出的是,本文给出了直达波、理想反射波、侧面波、吸附表面波的频域解,并且接着给出了远区场的数值计算结果。最后,本文将上述过程得出的结果与常见模型的传播特性进行对比,分析它们之间的差异,对学术界存在的争议给出了可能的解释。第二,在四层介质电磁波的解的基础上,针对天线的传播问题,给出面天线等效为电偶极子叠加的场因子的理论推导,并给出了单位电偶极子激励下电磁波在四层介质模型空气层中的空间分布。研究了线天线的分析方法,为第三部分的天线设计做铺垫。第三,设计了一款基于三层介质的封装天线。本文对于所设计的天线物理模型推导了外层介质和三层介质封装天线分界面处的输入阻抗,并给出了计算结果。尾篇,简述了该论文的主要研究内容,并且进一步指出了本文的研究所不足的地方,同时对后面可以继续展开的研究工作作出了一定的展望。