2.1　微波介质陶瓷的概念

2.1.1　微波及其特点

微波是电磁波谱中介于超短波与红外线之间的波段，它属于无线电波中波长最短（即频率最高）的波段，其频率范围从300MHz（波长1m）至3000GHz（波长0.1mm）。通常又将微波波段划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波四个分波段。在通信和雷达工程上还常用拉丁字母表示更细波段的微波。图2-1给出了微波在电磁波谱中的位置，表2-1给出了常用微波段的划分。

正因为微波波长的特殊性，所以微波具有以下特点：

1.似光性

微波具有类似光一样的特性，主要表现在反射性、直线传播及集束性等方面，即由于微波波长与地球上的一般物体（如飞机、轮船、汽车等）的尺寸相比要小得多，或在同一数量级，因此，当微波照射到这些物体的时候会产生强烈的反射，基于此特性，人们发明了雷达系统；微波如同光一样在空间直线传播，如同光可聚焦成光束一样，微波可通过天线形成定向辐射，从而可以定向传输或接收由空间传来的微弱信号，从而实现微波通信或探测。

2.穿透性

微波照射到介质时具有穿透性，主要表现在云、雾、雪等对微波传播的影响较小，这为全天候微波通信和遥感打下了基础；微波能穿透生物体，这为微波生物医学打下了基础；另一方面，微波具有穿越电离层的透射特性，实验证明：微波波段的几个波段如1～10GHz、20～30GHz及91GHz附近受电离层的影响较小，可以较为容易地由地面向外层空间传播，它为空间通信、卫星通信、卫星遥感和无线电天文学的研究提供了难得的无线电通道。

3.宽频带特性

任何通信系统为了传递一定的信息必须占有一定的频带，为传输某信息所需的频带宽度叫带宽。例如，电话信道的带宽为4kHz，广播的带宽为16kHz，而一路电视频道的带宽为8MHz。显然，要传输的信息越多，所用的频带就越宽。一般一个传输信号的相对带宽不能超过百分之几，所以，为了使多路电视、电话能同时在一条线路上发送，就必须使信道中心的频率比所要传递的信息带宽高几十至几百倍。而微波具有较宽的频带特性，其携带信息的能力远远超过中短波及超短波，因此，现代多路无线通信几乎都工作在微波波段。

4.热效应特性

当微波电磁能量传送到有耗物体的内部时，就会使物体分子相互碰撞、摩擦，从而使物体加热，这就是微波的热效应特性。利用微波的热效应可以进行微波加热。由于微波加热具有内外同热、效率高、加热速度快等特点，因而被日益广泛地应用于粮食、茶叶、卷烟、木材、纸张、皮革、食品等各种行业中。

5.散射特性

当电磁波入射到某物体上时，会在除入射方向外的其他方向上产生散射。散射是入射波和该物体相互作用的结果，所以散射波携带了大量关于散射体的信息。由于微波具有频域信息、相位信息、极化信息、时域信息等多种信息，人们通过对不同物体的散射特性的检测，从中提取目标特征信息，从而进行目标识别，这是实现微波遥感、雷达成像等的基础。另一方面，还可利用大气对流层的散射，实现远距离微波散射通信。

6.抗低频干扰性

地球周围充斥着各种各样的噪声和干扰，主要归纳为：由宇宙和大气在传输信道上产生的自然噪声，由各种电气设备工作时产生的人为噪声。由于这些噪声一般在中低频区域，与微波波段的频率成分差别较大，它们在微波滤波器的阻隔下，基本不能影响微波通信的正常进行。这就是微波的抗低频干扰特性。

微波除了具有以上一些特性外，还具有以下几个特点：

1）视距传播特性

各波段电磁波的传播特性是不一样的，长波可沿地表传播，短波可利用电离层反射实现天波传播，而超短波和微波只能在视距内沿直线传播，这就是微波的视距传播特性。但由于地球表面的弯曲和障碍物（高山、建筑物等）的阻拦，微波不能直接传播到很远的地方（一般不超过50km），因此在地面上利用微波进行远距离通信时，必须建立中继接力站，并使站与站之间的距离不超过视距，微波信号就像接力棒一样，一站一站传递下去。这样显然增加了通信的复杂程度。

2）分布参数的不确定性

在低频情况下，电气系统的元器件尺寸远远小于电波的波长，因此，稳定状态的电压和电源效应可以认为是在整个系统各处同时建立起来的，系统各种不同元件可用既不随时间、也不随空间变化的参量来表征，这就是集总参数元件。而微波频率很高，电磁振动周期必须用随时间、空间变化的参量，即分布参量来表征。由于分布参量的明显不确定性，增加了微波理论与技术的难度，从而增加了微波设备的成本。

3）电磁兼容与电磁环境污染

随着无线电技术的不断发展，越来越多的无线设备在相同的区域同时工作，势必会引起相互干扰，尤其是在飞行器、舰船上，不同通信设备之间的距离极小，就会产生相互干扰；另外，在十分拥挤的公共场所，众多的移动用户之间的相互影响也是显而易见的，这就必须考虑电磁兼容的问题。另一方面，越来越多的无线信号充斥于人们的生活空间，必然对人体产生影响。因此，从某种意义上说，电磁环境污染已经成为新的污染源。

2.1.2　微波介质陶瓷的概念及应用背景

微波介质陶瓷是指应用于微波频段电路中作为介质材料并完成一种或多种功能的陶瓷。自从1939年R.D.Richtmyer尝试将电介质材料用于微波技术，人们对微波介质材料的研究历史已有70多年了，但是它的迅速发展却是20世纪80年代末期，其发展推动力主要源于移动通信的发展需求。众所周知，20世纪后期，信息处理技术与电子信息数字化获得了惊人的成就和发展，这两者结合将通信系统推上了一个前所未有的高峰。通信的终极目的是要能“在任何时间、任何地点与任何人联系”。这一要求必然要将移动通信推上极重要的发展地位，从而促使通信机的可移动性、便携性、小型化和微型化。同时，为了扩大用户容量，就必须提高载波频率，这样将移动通信推上了微波频段。为此，需要开发一系列适合于微波频段范围内具有高性能、高可靠工作特性的电子材料与元器件。