Mikrowellenquellen

Mikrowellenquellen sind Bauelemente, die elektromagnetische Strahlung im Mikrowellenbereich erzeugen. Der Mikrowellenbereich umfasst grob Frequenzen von etwa 1 GHz bis mehrere hundert GHz. Mikrowellenquellen finden Anwendung in der Kommunikation, im Radar, in der Materialbearbeitung, in medizinischen Therapien und in wissenschaftlichen Experimenten.

Die Typen lassen sich grob in vakuumtechnische oder hohle Röhrentechnik und in festkörperbasierte Quellen einteilen. Zu den klassischen Röhrentechniken gehören Magnetron, Klystron und Traveling-Wave Tube (TWT). Festkörpereigene Quellen umfassen Gunn-Dioden, Impatt-Dioden, Transistor-Oszillatoren und Frequenzmultiplizierer.

Das Magnetron erzeugt Mikrowellen durch Elektronenrotation in resonanten Hohlräumen, angetrieben von einem Elektronenstrahl in einem starken Magnetfeld. Es liefert hohe Leistung bei relativ einfacher Bauweise, ist aber frequenzstarr und schwer genau steuerbar, weshalb es vor allem in Mikrowellenherden und manchen Radarsystemen eingesetzt wird.

Klystron und TWT unterscheiden sich in Aufbau und Funktionsweise. Ein Klystron nutzt die Geschwindigkeitmodulation eines Elektronenstrahls in Resonanzkavitäten, um Mikrowellen zu verstärken oder zu erzeugen; es bietet hohe Leistung und gute Frequenzstabilität, ist aber größer und teurer. Ein Traveling-Wave Tube nutzt eine langgestreckte, wellenleitende Struktur, in der die Feldwelle mit dem Elektronenstrahl Energie austauscht; es zeichnet sich durch breites Band und hohe Verstärkung aus und wird häufig in Satellitenkommunikation und Radar verwendet.

Festkörpere Quellen wie Gunn-Dioden und Impatt-Dioden arbeiten mit Halbleitereffekten, um Mikrowellen zu erzeugen. Transistorbasierte Oszillatoren, GaAs- oder GaN-Halbleiterbausteine und Frequenzmultiplizierer ermöglichen kompakte, integrierte Mikrowellenausgaben und sind besonders in modernen Kommunikations- und Messsystemen verbreitet.

Wichtige Kenngrößen von Mikrowellenquellen sind Frequenzbereich, Ausgangsleistung, Frequenzstabilität, Bandbreite, Effizienz und Baugröße. Viele Quellen erfordern Kühlung und Abschirmung. Sicherheitsaspekte betreffen vor allem head- oder body-exposure an starke Mikrowellen, weshalb in Industrie und Rundfunk entsprechende Normen und Schutzmaßnahmen gelten.