Co je to mikrovlnný zesilovač?

Mikrovlnný zesilovač je zařízení pro zvýšení výstupního výkonového signálu mikrovlnného zařízení, obvykle zvýšením amplitudy nebo výšky vlny, která přímo souvisí s jeho výkonovou úrovní. Toho je dosaženo nasměrováním dalšího vstupního výkonu do mikrovlnného zařízení, takže jeho mikrovlnné záření přináší více energie. Takové zesilovače jsou obvykle provozovány při nízkých frekvencích spektra rádiových vln, které se pohybují kolem 300 megahertzů nebo vyšších, a používají se pro různé účely od širokopásmových komunikací po radarové systémy a elektronické bojování armádou. Existuje několik různých typů návrhů mikrovlnných zesilovačů, včetně Gyrotronu, Klystronu a Amplitronu, který je také známý jako zesilovač křížového pole (CFA) nebo Platinotron.

V širokopásmové komunikaci je mikrovlnný zesilovač založen na tranzistorové technologii, jako je bipolární tranzistor (BJT) a tranzistor s efektem pole (FET). Takové zesilovače jsou často vícestupňové systémy pro udržování síly signálu na velké vzdálenosti, kde se technologie zaměřuje na účinnost vysílaného signálu na účinnost jakéhokoli šumu, který se zavádí podél cesty. I když je nestabilita v předpojatých obvodech běžná pro zesilovače, vývoj integrovaných obvodů pro řízení předpojatosti zpětné vazby fungoval jako vyrovnávací aplikace, díky níž je stabilita tohoto typu mikrovlnného zesilovače od roku 2011 mnohem spolehlivější.

Gyrotron je mikrovlnný zesilovač, který pracuje na vyšší úrovni frekvencí v rádiovém spektru, kdekoli od 20 gigahertzů až do 35 gigahertzových výkonových rozsahů. Používá se pro specializované aplikace, například ve vzestupných věžích na oběžnou kosmickou loď a satelity nebo pro planetární radarové vysílací systémy. Ačkoli Gyrotrony byly poprvé konceptualizovány koncem padesátých let, dřívější modely mohly dosáhnout úrovně výkonu pouze v miliwattech. Rusko propagovalo výzkum svého vývoje a do konce 70. let dosáhlo úrovně výkonu 22 kilowattů.

Zesilovač s křížovým polem nebo Amplitron je další typ širokopásmového mikrovlnného zesilovače, který má vlastnosti podobné magnetronu, což z něj činí užitečné zařízení pro jaderné urychlovače. Od roku 2011 může produkovat maximální úrovně výkonu v rozsahu megawattů, ale obvykle běží na úrovni kilowattů, což je užitečné v mnoha stejných aplikacích jako Gyrotron. Ačkoli Amplitron může zvýšit hodnocení účinnosti mikrovlnného zařízení na přibližně 70%, obvykle se používá jako zesilovač mezilehlého signálu v zařízení.

Klystron je jakýmsi hybridem mezi amplifikačními nástroji jako Gyrotron a Amplitron. Jedná se o mikrovlnný zesilovač, který může produkovat signály s nízkým a vysokým výkonem nosné vlny a je používán jak v telekomunikačních systémech, tak ve výzkumu urychlovačů částic. Klystron předchází pojetí Gyrotronu, který byl poprvé koncipován v roce 1937 dvěma bratry, Russellem a Sigurdem Varianem, na Stanfordské univerzitě v USA. Objev obou mužů se zasloužil o pokrok ve vývoji radarových systémů v USA a Velké Británii před vypuknutím druhé světové války, ale Klystron byl začleněn do radarových systémů používaných Německem během války, zatímco spojenecké síly se místo toho spoléhaly na silnější magnetronové zařízení bylo poprvé vyvinuto v roce 1940.