マイクロ波増幅器とは

マイクロ波増幅器は、通常、電力レベルに直接関係する波の振幅または高さを増加させることにより、マイクロ波デバイスの出力電力信号を強化するためのデバイスです。 これは、追加の入力電力をマイクロ波デバイスに送り、マイクロ波放射がより多くのエネルギーを運ぶようにすることで実現されます。 このような増幅器は通常、約300メガヘルツ以上の範囲の低周波数の電波スペクトルで動作し、ブロードバンド通信からレーダーシステム、軍隊による電子戦までさまざまな目的に使用されます。 ジャイロトロン、クライストロン、およびクロスフィールドアンプ（CFA）またはプラチノトロンとしても知られるアンプリトロンを含む、いくつかの異なるタイプのマイクロ波増幅器の設計が存在します。

ブロードバンド通信では、マイクロ波増幅器は、バイポーラ接合トランジスタ（BJT）や電界効果トランジスタ（FET）などのトランジスタ技術に基づいています。 そのような増幅器は、多くの場合、長距離にわたって信号のパワーを持続させるための多段システムであり、技術の焦点は、途中で導入されるノイズの効率よりも送信信号の効率にあります。 同様に、バイアス回路の不安定性は増幅器に共通していますが、フィードバックバイアス制御用の集積回路の開発は、2011年時点でこのタイプのマイクロ波増幅器の安定性をはるかに信頼できるようにするバッファリングアプリケーションとして機能しました。

Gyrotronは、20ギガヘルツから最大35ギガヘルツの電力範囲で、無線スペクトルの高レベルの周波数で動作するマイクロ波増幅器です。 軌道を回る宇宙船や衛星へのアップリンクタワーなどの特殊なアプリケーションや、惑星レーダー送信機システムに使用されます。 ジャイロトロンは1950年代後半に初めて概念化されましたが、初期のモデルではミリワット単位の電力レベルしか達成できませんでした。 ロシアは開発の先駆者であり、1970年代後半までに22キロワットの出力レベルを達成していました。

クロスフィールドアンプまたはアンプリトロンは、マグネトロンに似た特性を持つ別の種類の広帯域マイクロ波アンプであり、これは核加速器に有用なデバイスです。 2011年の時点でメガワット範囲の最大電力レベルを生成できますが、通常はキロワットレベルで動作するため、ジャイロトロンと同じアプリケーションの多くで役立ちます。 Amplitronは、マイクロ波機器の効率定格を約70％に高めることができますが、通常は機器の中間信号増幅器として使用されます。

クライストロンは、ジャイロトロンやアンプリトロンなどの増幅ツールの一種のハイブリッドです。 低電力と高電力の両方の搬送波信号を生成できるマイクロ波増幅器であり、通信システムと粒子加速器の研究の両方で使用されています。 クライストロンはジャイロトロンの構想に先立ち、1937年に米国のスタンフォード大学で2人の兄弟、ラッセルとシグルドバリアンによって考案されました。 両方の男性による発見は、第二次世界大戦の発生前に米国と英国でレーダーシステムの開発を進めたと信じられていますが、クライストロンは戦争中にドイツが使用したレーダーシステムに組み込まれましたが、連合軍は代わりにより強力な1940年に最初に開発されたマグネトロン装置。