什么是微波放大器?有哪些应用?
微波放大器是一种用于增强微波设备输出功率信号的设备,通常是通过增加与功率级直接相关的波的振幅或高度发挥作用。具体做法是将额外的输入功率引导到微波设备,因此能让微波辐射携带更多能量。这种放大器往往放在无线电波频谱的低频下工作,范围大约在300兆赫或以上,有从宽带通讯、雷达系统到军事电子战等多方面用途。
有多种不同类型的微波放大器设计,如回旋振动荡管(Gyrotron)、速调管(Klystron)和增幅管(Amplitron)等。
在宽带通信中,微波放大器是基于双向结晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)等晶体管技术。这种放大器通常是多级系统,用于在长距离传输信号的情况下保持信号的功率。这种情况下,技术的重点是传输信号的效率,而不是传输过程中引入的噪音效率。此外,尽管偏置电路的不稳定性对于放大器很常见,但由于作为一种缓冲应用的反馈偏置控制集成电路的发展,使这类微波放大器的稳定性在2011年变得更加可靠。
回旋振动管是一种在无线电频谱的较高频率上运行的微波放大器,功率范围从20千兆赫到35千兆赫。它被用于上行塔、轨道航天器、卫星或行星雷达发射系统等专门的应用。尽管回旋振动管的概念早在20世纪50年代就被提出,但早期型号只能达到毫瓦的功率。俄罗斯率先对其进行研究,并在70年代末达到22千瓦的输出功率水平。
速调管和增幅管是另一种具有类似磁控管特性的宽带微波放大器,因此使它成为核加速器的有用设备。它在2011年就能产生兆瓦级的功率,但通常是在千瓦级运行,使之能在与回旋振动管相同的应用中发挥作用。尽管增幅管能将微波设备的效率额定值提高大约70%,但通常被用作设备中的中间信号放大器。
速调管是一种混合型微波放大工具,可产生低功率和高功率的载波信号,在通信系统和粒子加速器研究方面都有应用。速调管的概念早于回旋振动管,是美国斯坦福大学的罗素和希格尔德兄弟二人最早提出的。这两个人的发现被认为在二战爆发前推动了美国和英国雷达系统的发展。但在战争期间,Klystron被并入了德国的雷达系统,而盟军则依赖于更强大的磁控管设备。