什么是微波放大器？有哪些應用？

微波放大器是一種用于增強微波設備輸出功率信號的設備，通常是通過增加與功率級直接相關的波的振幅或高度發揮作用。具體做法是將額外的輸入功率引導到微波設備，因此能讓微波輻射攜帶更多能量。這種放大器往往放在無線電波頻譜的低頻下工作，范圍大約在300兆赫或以上，有從寬帶通訊、雷達系統到軍事電子戰等多方面用途。

有多種不同類型的微波放大器設計，如回旋振動蕩管（Gyrotron）、速調管（Klystron）和增幅管（Amplitron）等。

在寬帶通信中，微波放大器是基于雙向結晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）等晶體管技術。這種放大器通常是多級系統，用于在長距離傳輸信號的情況下保持信號的功率。這種情況下，技術的重點是傳輸信號的效率，而不是傳輸過程中引入的噪音效率。此外，盡管偏置電路的不穩定性對于放大器很常見，但由于作為一種緩沖應用的反饋偏置控制集成電路的發展，使這類微波放大器的穩定性在2011年變得更加可靠。

回旋振動管是一種在無線電頻譜的較高頻率上運行的微波放大器，功率范圍從20千兆赫到35千兆赫。它被用于上行塔、軌道航天器、衛星或行星雷達發射系統等專門的應用。盡管回旋振動管的概念早在20世紀50年代就被提出，但早期型號只能達到毫瓦的功率。俄羅斯率先對其進行研究，并在70年代末達到22千瓦的輸出功率水平。

速調管和增幅管是另一種具有類似磁控管特性的寬帶微波放大器，因此使它成為核加速器的有用設備。它在2011年就能產生兆瓦級的功率，但通常是在千瓦級運行，使之能在與回旋振動管相同的應用中發揮作用。盡管增幅管能將微波設備的效率額定值提高大約70%，但通常被用作設備中的中間信號放大器。

速調管是一種混合型微波放大工具，可產生低功率和高功率的載波信號，在通信系統和粒子加速器研究方面都有應用。速調管的概念早于回旋振動管，是美國斯坦福大學的羅素和希格爾德兄弟二人最早提出的。這兩個人的發現被認為在二戰爆發前推動了美國和英國雷達系統的發展。但在戰爭期間，Klystron被并入了德國的雷達系統，而盟軍則依賴于更強大的磁控管設備。