Che cos'è un amplificatore a microonde?
Un amplificatore a microonde è un dispositivo per migliorare il segnale di potenza in uscita di un dispositivo a microonde, generalmente aumentando l'ampiezza o l'altezza dell'onda che si collega direttamente al suo livello di potenza. Ciò si ottiene canalizzando ulteriore potenza in ingresso al dispositivo a microonde in modo che la sua radiazione a microonde porti più energia. Tali amplificatori sono generalmente utilizzati a basse frequenze dello spettro delle onde radio, che vanno da circa 300 megahertz o superiori, e vengono utilizzati per una varietà di scopi, dalle comunicazioni a banda larga ai sistemi radar e alla guerra elettronica da parte dell'esercito. Esistono diversi tipi di design di amplificatori a microonde tra cui Gyrotron, Klystron e Amplitron, noto anche come Crossed-Field Amplifier (CFA) o Platinotron.
Nelle comunicazioni a banda larga, un amplificatore a microonde si basa sulla tecnologia dei transistor come il transistor di giunzione bipolare (BJT) e il transistor ad effetto di campo (FET). Tali amplificatori sono spesso sistemi a più stadi per perpetuare la potenza di un segnale su lunghe distanze in cui il focus della tecnologia è sull'efficienza del segnale trasmesso su quello di qualsiasi rumore che viene introdotto lungo la strada. Inoltre, sebbene l'instabilità nei circuiti di polarizzazione sia comune agli amplificatori, lo sviluppo di circuiti integrati per il controllo della polarizzazione di feedback ha funzionato come un'applicazione di buffering per rendere la stabilità di questo tipo di amplificatore a microonde molto più affidabile a partire dal 2011.
Il Gyrotron è un amplificatore a microonde che opera al livello più alto di frequenze nello spettro radio, ovunque da 20 gigahertz a un intervallo di potenza fino a 35 gigahertz. Viene utilizzato per applicazioni specializzate come torri di collegamento verso orbite di veicoli spaziali e satelliti o per sistemi di trasmettitori radar planetari. Sebbene i Gyrotrons siano stati concettualizzati per la prima volta alla fine degli anni '50, i primi modelli potevano raggiungere livelli di potenza solo in milliwatt. La Russia ha aperto la strada alla ricerca sul loro sviluppo e stava raggiungendo livelli di potenza di 22 kilowatt alla fine degli anni '70.
L'amplificatore a campo incrociato o Amplitron è un altro tipo di amplificatore a microonde a banda larga che ha proprietà simili a un magnetron, che lo rende un dispositivo utile per acceleratori nucleari. Può produrre livelli di potenza massimi nella gamma dei megawatt a partire dal 2011, ma di solito funziona a livello di chilowatt, il che lo rende utile in molte delle stesse applicazioni del Gyrotron. Sebbene Amplitron possa aumentare i livelli di efficienza per le apparecchiature a microonde di circa il 70%, di solito viene utilizzato come amplificatore di segnale intermedio nelle apparecchiature.
Il Klystron è una sorta di ibrido tra strumenti di amplificazione come Gyrotron e Amplitron. È un amplificatore a microonde in grado di produrre segnali d'onda portanti sia a bassa che ad alta potenza, ed è utilizzato sia nei sistemi di telecomunicazioni che nella ricerca di acceleratori di particelle. Il Klystron precede la concezione del Gyrotron, essendo stato concepito per la prima volta nel 1937 da due fratelli, Russell e Sigurd Varian, presso la Stanford University negli Stati Uniti. La scoperta di entrambi gli uomini è attribuita all'avanzamento dello sviluppo di sistemi radar negli Stati Uniti e nel Regno Unito prima dello scoppio della seconda guerra mondiale, ma il Klystron fu incorporato nei sistemi radar utilizzati dalla Germania durante la guerra, mentre le potenze alleate si affidarono invece a più potenti apparecchiature magnetron sviluppate per la prima volta nel 1940.