Ein Mikrowellenverstärker ist ein Gerät zum Verstärken des Ausgangsleistungssignals eines Mikrowellengeräts, normalerweise durch Erhöhen der Amplitude oder Höhe der Welle, die sich direkt auf ihren Leistungspegel bezieht. Dies wird erreicht, indem dem Mikrowellengerät zusätzliche Eingangsleistung zugeführt wird, so dass seine Mikrowellenstrahlung mehr Energie trägt. Solche Verstärker werden normalerweise bei niedrigen Frequenzen des Funkwellenspektrums betrieben, die im Bereich von 300 Megahertz oder höher liegen, und sie werden für eine Vielzahl von Zwecken verwendet, von Breitbandkommunikation über Radarsysteme bis hin zu elektronischer Kriegsführung durch das Militär. Es gibt mehrere verschiedene Arten von Mikrowellenverstärkerdesigns, darunter das Gyrotron, das Klystron und das Amplitron, das auch als Crossed-Field-Amplifier (CFA) oder Platinotron bekannt ist.
In der Breitbandkommunikation basiert ein Mikrowellenverstärker auf Transistortechnologie wie dem Bipolartransistor (BJT) und dem Feldeffekttransistor (FET). Solche Verstärker sind oft mehrstufige Systeme zum Erhalten der Leistung eines Signals über große Entfernungen, wobei der Schwerpunkt der Technologie auf der Effizienz des übertragenen Signals gegenüber dem auf dem Weg eingeführten Rauschen liegt. Obwohl Instabilität in Vorspannungsschaltungen bei Verstärkern üblich ist, hat die Entwicklung von integrierten Schaltungen für die Rückkopplungsvorspannungssteuerung ab 2011 als Pufferanwendung gewirkt, um die Stabilität dieses Typs von Mikrowellenverstärkern viel zuverlässiger zu machen.
Das Gyrotron ist ein Mikrowellenverstärker, der auf den höheren Frequenzen im Funkspektrum arbeitet, von 20 Gigahertz bis zu 35 Gigahertz Leistungsbereich. Es wird für spezielle Anwendungen wie in Uplink-Türmen zu umlaufenden Raumfahrzeugen und Satelliten oder für planetarische Radarsendersysteme verwendet. Obwohl Gyrotrons Ende der 1950er Jahre erstmals konzipiert wurden, konnten frühe Modelle nur Leistungsstufen in Milliwatt erreichen. Russland leistete Pionierarbeit bei der Erforschung ihrer Entwicklung und erreichte Ende der 22er Jahre eine Leistung von 1970 Kilowatt.
Der Crossed-Field Amplifier oder Amplitron ist eine andere Art von Breitband-Mikrowellenverstärker mit ähnlichen Eigenschaften wie ein Magnetron, was ihn zu einem nützlichen Gerät für Kernbeschleuniger macht. Es kann ab 2011 maximale Leistungen im Megawatt-Bereich produzieren, läuft aber normalerweise auf Kilowatt-Niveau, was es für viele der gleichen Anwendungen wie das Gyrotron nützlich macht. Obwohl der Amplitron den Wirkungsgrad von Mikrowellengeräten auf etwa 70 % steigern kann, wird er normalerweise als Zwischensignalverstärker in Geräten verwendet.
Der Klystron ist eine Art Hybrid zwischen Verstärkerwerkzeugen wie dem Gyrotron und dem Amplitron. Es handelt sich um einen Mikrowellenverstärker, der sowohl Niederleistungs- als auch Hochleistungsträgerwellensignale erzeugen kann und sowohl in Telekommunikationssystemen als auch in der Teilchenbeschleunigerforschung verwendet wird. Das Klystron geht der Konzeption des Gyrotrons voraus und wurde erstmals 1937 von den beiden Brüdern Russell und Sigurd Varian an der Stanford University in den USA konzipiert. Die Entdeckung durch beide Männer wird zugeschrieben, die Entwicklung von Radarsystemen in den USA und Großbritannien vor Ausbruch des Zweiten Weltkriegs voranzutreiben, aber das Klystron wurde während des Krieges in Radarsysteme integriert, die von Deutschland während des Krieges verwendet wurden, während sich die alliierten Mächte stattdessen auf leistungsfähigere verließen Magnetrongeräte wurden erstmals 1940 entwickelt.