Was ist ein Mikrowellenverstärker?
Ein Mikrowellenverstärker ist eine Vorrichtung zum Verbessern des Ausgangsleistungssignals einer Mikrowellenvorrichtung, üblicherweise durch Erhöhen der Amplitude oder Höhe der Welle, die in direktem Zusammenhang mit ihrem Leistungspegel steht. Dies wird erreicht, indem der Mikrowellenvorrichtung zusätzliche Eingangsleistung zugeführt wird, so dass ihre Mikrowellenstrahlung mehr Energie trägt. Derartige Verstärker werden üblicherweise bei niedrigen Frequenzen des Funkwellenspektrums betrieben, die sich auf 300 Megahertz oder mehr belaufen, und sie werden für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, von Breitbandkommunikation über Radarsysteme bis hin zu elektronischer Kriegsführung durch das Militär. Es gibt verschiedene Arten von Mikrowellenverstärkern, darunter das Gyrotron, das Klystron und das Amplitron, das auch als Crossed-Field Amplifier (CFA) oder Platinotron bezeichnet wird.
In der Breitbandkommunikation basiert ein Mikrowellenverstärker auf Transistortechnologie wie dem Bipolartransistor (BJT) und dem Feldeffekttransistor (FET). Solche Verstärker sind häufig mehrstufige Systeme, um die Leistung eines Signals über große Entfernungen aufrechtzuerhalten, wobei der Schwerpunkt der Technologie auf der Effizienz des übertragenen Signals gegenüber dem Rauschen liegt, das auf dem Weg eingeführt wird. Obwohl Verstärker häufig instabile Vorspannungsschaltungen verwenden, fungierte die Entwicklung integrierter Schaltungen zur Regelung der Rückkopplungsvorspannung als Pufferanwendung, um die Stabilität dieses Mikrowellenverstärkertyps ab 2011 wesentlich zuverlässiger zu machen.
Das Gyrotron ist ein Mikrowellenverstärker, der mit höheren Frequenzen im Frequenzbereich von 20 Gigahertz bis zu 35 Gigahertz arbeitet. Es wird für spezielle Anwendungen wie in Aufwärtstürmen zur Umlaufbahn von Raumfahrzeugen und Satelliten oder für planetarische Radarsendesysteme verwendet. Obwohl Gyrotrons in den späten 1950er Jahren zum ersten Mal konzipiert wurden, konnten frühe Modelle nur Leistungsniveaus in Milliwatt erreichen. Russland war Vorreiter in der Erforschung ihrer Entwicklung und erreichte Ende der 1970er Jahre eine Leistung von 22 Kilowatt.
Der Crossed-Field Amplifier oder Amplitron ist eine andere Art von Breitband-Mikrowellenverstärker, dessen Eigenschaften denen eines Magnetrons ähneln. Daher ist er ein nützliches Gerät für Kernbeschleuniger. Es kann ab 2011 maximale Leistungen im Megawattbereich erbringen, arbeitet jedoch normalerweise im Kilowattbereich, was es für viele der gleichen Anwendungen wie das Gyrotron nützlich macht. Obwohl der Amplitron den Wirkungsgrad von Mikrowellengeräten auf etwa 70% steigern kann, wird er normalerweise als Zwischensignalverstärker in Geräten verwendet.
Der Klystron ist eine Art Hybrid unter Verstärkungswerkzeugen wie dem Gyrotron und dem Amplitron. Es ist ein Mikrowellenverstärker, der sowohl Trägerwellensignale mit niedriger als auch hoher Leistung erzeugen kann und sowohl in Telekommunikationssystemen als auch in der Teilchenbeschleunigerforschung verwendet wird. Der Klystron geht der Konzeption des Gyrotrons voraus, das 1937 von den beiden Brüdern Russell und Sigurd Varian an der Stanford University in den USA erstmals erfunden wurde. Der Entdeckung beider Männer ist zu verdanken, dass sie die Entwicklung von Radarsystemen in den USA und Großbritannien vor Ausbruch des Zweiten Weltkriegs vorangetrieben haben. Der Klystron wurde jedoch in Radarsysteme eingebaut, die Deutschland während des Krieges verwendete, während die Alliierten sich stattdessen auf leistungsstärkere Systeme stützten Magnetron-Geräte wurden erstmals 1940 entwickelt.