1.1 微波的起源和波段划分

在1864—1873年，James Clark Maxwell（詹姆斯·克拉克·麦克斯韦）集人类有关电与磁的知识于一体，提出了描述经典电磁场行为特性的4个相关且相容的一组方程。正如Maxwell当时在论文中提到的，这是微波工程的开端。他从纯数学的角度出发，以一定的理论为基础，预言了电磁波的存在，并且指出光也是一种电磁能——这两个论断在当时都是全新的概念。

1885—1887年，Oliver Heaviside（奥利弗·赫维赛德）在其发表的多篇论文中对Maxwell所做的工作逐步做了简化。1887—1891年，德国物理学教授Heinrich Hertz（海因里希·赫兹）验证了Maxwell的预言，在实验室演示了电磁波的传播，并研究了电磁波沿传输线和天线的传播现象，开发了几个有用的传输结构。称他为第一代微波工程师是当之无愧的。

Marconi（马可尼）试图将频率相对较低的无线电应用到长距离通信的商业运行中，但由于他所做的工作太商业化，因而算不上是科学研究。

由于当时人们都认为电磁波和电磁能量必须通过两根导体传播，所以Hertz和Heaviside都未对电磁波在空心导体中传播的可行性进行研究。直到1897年，Lord Rayleigh（瑞利勋爵）从数学角度出发，证明电磁波是可以在波导（包括圆形和矩形波导）中传播的。他认为存在无穷组TE型和TM型的电磁波模型，每种波型都有其各自的截止频率。但这些都是未经过实验论证的理论预测。

1897—1936年，波导几乎被人们遗忘了，直到George Southworth和W. L. Barron重新对它进行研究。他们通过实验证明了波导可以作为窄带传输媒介，用以传输高功率信号。

随着20世纪50年代晶体管的发明和20世纪60年代微波集成电路的出现，使得在基片上构成微波系统成为现实。同时，微波在其他方面，尤其是微波的应用，也有了许多进展，这使得射频和微波成为极其有用而流行的研究领域。

Maxwell方程容纳了整个电磁学领域的基础和定律，而射频和微波只是该领域中的一小部分。由于这些定律准确而全面地描述了电磁现象，再加上大量的分析和实验研究，现在我们足以将射频和微波工程领域视为一门成熟的学科。

微波在整个电磁频谱中所处的位置如图1.1所示。

在实际应用中，为了方便，在微波波段内又进行了细分，如表1.1所示。习惯上仍将微波中的常用波段分别以拉丁字母作为代号，如表1.2所示。表1.3和表1.4分别给出了家用电器频段和民用移动通信频段，可见其工作频率都在微波频率范围内。