Un amplificatore a microonde è un dispositivo per migliorare il segnale di potenza in uscita di un dispositivo a microonde, solitamente aumentando l’ampiezza o l’altezza dell’onda che è direttamente correlata al suo livello di potenza. Ciò si ottiene convogliando ulteriore potenza in ingresso al dispositivo a microonde in modo che la sua radiazione a microonde trasporti più energia. Tali amplificatori sono generalmente azionati a basse frequenze dello spettro delle onde radio, che vanno da circa 300 megahertz o superiori, e sono utilizzati per una varietà di scopi, dalle comunicazioni a banda larga ai sistemi radar e alla guerra elettronica da parte dei militari. Esistono diversi tipi di progetti di amplificatori a microonde tra cui il Gyrotron, il Klystron e l’Amplitron, noto anche come amplificatore a campo incrociato (CFA) o Platinotron.
Nelle comunicazioni a banda larga, un amplificatore a microonde si basa sulla tecnologia dei transistor come il transistor bipolare a giunzione (BJT) e il transistor ad effetto di campo (FET). Tali amplificatori sono spesso sistemi multistadio per perpetuare la potenza di un segnale su lunghe distanze in cui il focus della tecnologia è sull’efficienza del segnale trasmesso su quella di qualsiasi rumore che viene introdotto lungo il percorso. Inoltre, sebbene l’instabilità nei circuiti di polarizzazione sia comune agli amplificatori, lo sviluppo di circuiti integrati per il controllo della polarizzazione di retroazione ha agito 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 più alto livello di frequenze nello spettro radio, ovunque da 20 gigahertz fino a 35 gigahertz di potenza. Viene utilizzato per applicazioni specializzate come nelle torri di uplink a veicoli spaziali e satelliti orbitanti o per sistemi di trasmettitori radar planetari. Sebbene i Gyrotron siano stati concettualizzati per la prima volta alla fine degli anni ‘1950, i primi modelli potevano raggiungere solo livelli di potenza in milliwatt. La Russia ha aperto la strada alla ricerca sul loro sviluppo e alla fine degli anni ’22 stava raggiungendo livelli di potenza di 1970 kilowatt.
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, il che lo rende un dispositivo utile per gli acceleratori nucleari. Può produrre livelli di potenza massimi nell’intervallo dei megawatt a partire dal 2011, ma di solito funziona al livello dei kilowatt, il che lo rende utile in molte delle stesse applicazioni del Gyrotron. Sebbene l’Amplitron possa aumentare le valutazioni di efficienza per le apparecchiature a microonde a circa il 70%, viene solitamente utilizzato come amplificatore di segnale intermedio nelle apparecchiature.
Il Klystron è una sorta di ibrido tra strumenti di amplificazione come il Gyrotron e l’Amplitron. È un amplificatore a microonde in grado di produrre segnali di onde portanti sia a bassa potenza che ad alta potenza, ed è utilizzato sia nei sistemi di telecomunicazione che nella ricerca sugli 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, alla Stanford University negli Stati Uniti. La scoperta di entrambi gli uomini è accreditata con l’avanzamento dello sviluppo dei sistemi radar negli Stati Uniti e nel Regno Unito prima dello scoppio della seconda guerra mondiale, ma il Klystron è stato incorporato nei sistemi radar utilizzati dalla Germania durante la guerra, mentre le potenze alleate si affidavano invece a più potenti apparecchiature magnetron sviluppate per la prima volta nel 1940.