멀티팩터 효과

멀티팩터 효과는 무선주파수(RF) 앰프 진공관 및 도파관에서의 현상으로, 특정 조건에서 교류 전기장과 공명에서의 2차 전자 방출은 지수적인 전자 곱셈으로 이어져 RF 소자를 손상시키고 파괴할 가능성이 있다.

설명

동축 다극자의 시뮬레이션.전자 구름은 공명 속에서 내측 전도체와 외측 전도체 사이를 이동하여 전자 눈사태를 일으킨다: 5나노초 안에 전자의 수가 150배 증가한다.^[1]

다극자 효과는 무선 주파수(RF)장에 의해 가속된 전자가 2차 전자 방출에 의해 야기된 전자 눈사태를 통해 진공(또는 거의 진공)에서 자생할 때 발생한다.전자가 표면에 미치는 충격은 에너지와 각도에 따라 하나 이상의 이차 전자를 진공으로 방출할 수 있다.그런 다음 이러한 전자는 RF장에 의해 가속될 수 있고 동일하거나 다른 표면으로 충격을 줄 수 있다.충격 에너지, 방출되는 전자 수 및 충격 타이밍이 전자 수의 지속적인 곱셈이 발생하는 경우, 이 현상은 기하급수적으로 증가할 수 있으며 RF 구성 요소의 손상 또는 RF 신호의 손실 또는 왜곡과 같은 RF 시스템의 작동 문제를 초래할 수 있다.

메커니즘

멀티팩터의 메커니즘은 표면에 대한 RF 전기장의 방향에 따라 달라진다.다극자에는 두 가지 유형이 있다: 금속에는 2-표면 다극자와 유전체에는 1-표면 다극자가 있다.

금속 2면 멀티팩터

금속 전극 사이의 틈새에서 발생하는 다중작용 효과다.흔히 RF 전기장은 표면에 정상이다.전자 비행 시간과 RF장 주기 사이의 공진은 다극자 개발을 위한 메커니즘이다.

다중 작용자의 존재는 충족되는 다음의 세 가지 조건에 따라 달라진다.방출되는 전자들의 평균 수는 입사 전자당 1개보다 크거나 같으며(이는 표면의 2차 전자 수율에 따라 달라진다) 전자가 방출된 표면에서 그것이 충돌하는 표면으로 이동하는 데 걸리는 시간은 RF 기간의 1/2의 정수 배수와 평균이다.2차 전자 수율은 1보다 크거나 같다.

유전체 단면 다중 작용기

유전체 표면에서 발생하는 다중 작용자 효과가 있다.종종 RF 전기장은 표면과 평행하다.유전체 표면에 축적된 양의 전하가 전자를 표면으로 다시 끌어당긴다.또한 교차된 정적 자기장이 존재하는 금속 표면에서 단일 표면 다중 작용자 이벤트가 가능하다.

2표면 멀티팩터의 주파수갭 제품

두 개의 표면 다중 작용자에서 다중 작용자가 발생하는 조건은 주파수 갭 제품이라고 불리는 양으로 설명할 수 있다.다음 정의를 사용하여 두 개의 지표면 설정을 고려하십시오.

d

[\displaystyle d}

, 표면 사이의 거리 또는 간격

\omega

{\displaystyle \omega

RF 필드의 각도 주파수

V_{0}

V_{0}

{\

피크 플레이트 대 플레이트 RF 전압

E_{0}

E_{0}

{\

표면 사이의 피크 전기장, V

V_{0}

{\

d

d

과 동일

d

RF 전압은 정현상으로 변화한다.전극 A의 전압이 0을 통과하여 음극이 되기 시작하는 시간을 고려하십시오.A 근처에 적어도 1개의 자유 전자가 있다고 가정하면, 그 전자는 전극 B를 향해 오른쪽으로 가속하기 시작할 것이다.전극 B에서의 전압이 음이 되기 시작하는 것과 마찬가지로 가속을 계속하여 나중에 사이클의 최대 속도 ½에 도달할 것이다.만약 전극 A의 전자가 이때 전극 B를 치고 추가적인 자유 전자를 생성한다면, 이 새로운 자유 전자는 전극 A를 향해 가속하기 시작할 것이다.그러면 그 과정은 다중 작용자를 야기하는 것을 반복할 수 있다.이제 플레이트 간격, RF 주파수, 그리고 가장 강력한 멀티팩터 공명을 일으키는 RF 전압과의 관계를 찾아본다.

전자가 위치 -d/2에서 전극 A와 방금 충돌한 시점을 고려하십시오.전장은 0에 있고, 새롭게 해방된 전자가 오른쪽으로 가속되도록 왼쪽으로 가리키기 시작하고 있다.뉴턴의 자유 전자의 운동 방정식은

a(t)={\frac {F(t)}{m}}

{\ddotyle {\dot}(t)={\frac {qE_{0}}{m}~\sin(\omega t)}

이 미분 방정식의 해결책은

x(t)=-{\frac {qE_{0}{m\omega ^{2}}:}\sin(\omega t)+{\frac {qE_{0}{m\omega}}{\t-{\frac}{d}2}}:

전자가 처음에 전극을 떠날 때 속도가 0이라고 가정했을 때우리는 전자가 RF장의 1/2 기간 후에 가장 오른쪽 전극에 도달하면 공명이 발생한다는 것을 알고 있다. t $t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\omega }}$ $t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\omega }}$ = $t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\omega }}$ $t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\omega }}$ ${\$ t_ ${\frac{1}{1$ }2 $}}={\frac {}}{\pi$ }{\pi $}{\pi$ $t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\omega }}$ 이 $x(t)$ 을 x ( $t)$ 용 솔루션에 연결하면 $x(t)$

x(t_{\frac {1}{2}})=-{\frac {qE_{0}}{m\omega ^{2}}}\sin(\omega t_{\frac {1}{2}})+{\frac {qE_{0}}{m\omega }}t_{\frac {1}{2}}-{\frac {d}{2}}

{\frac {d}{2}}=-{\frac {qE_{0}}{m\omega ^{2}}}\sin(\omega {\frac {\pi }{\omega }})+{\frac {qE_{0}}{m\omega }}{\frac {\pi }{\omega }}-{\frac {d}{2}}

각도 주파수 대신 주파수 $f$ $f$ $f$ 을(를) 재배열 및 사용

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

=

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

V

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

{\

{

1}{2}{{\sqrt{\pi }}}{\sqrt{\qV_{0}}}{

m

fd={\frac {1}{2{\sqrt {\pi }}}}{\sqrt {\frac {qV_{0}}{m}}}

$f$ $d$ $fd$ 제품은 주파수 $fd$ 갭 제품이라고 불린다.이 방정식은 최대 공명의 기준이 되지만 이 방정식이 충족되지 않을 때는 여전히 다중 작용자가 발생할 수 있다는 것을 명심하라.

역사

이 현상은 1924년 프랑스의 물리학자 카밀 구튼이 낸시에서 처음 관찰한 것이다.

멀티팩터는 1934년 필로 T에 의해 확인되고 연구되었다. 전자 텔레비전의 발명가 판스워스는 그것을 증폭기로 이용하려고 시도했다.오늘날에는 입자 가속기, 진공 전자 장치, 레이더, 위성 통신 장치 등의 정상 작동에 있어서 피해야 할 장애물이 되었다.새로운 형태의 다중 작용자가 제안되었고(Kishek, 1998), 이후 실험적으로 관찰되었는데, 이 실험에서 유전체 표면의 충전은 다중 작용자 방전의 역학을 상당히 변화시킨다.

참조

^ Romanov, Gennady (2011). "Update on Multipactor in Coaxial Waveguides Using CST Particle Studio" (PDF). Proceedings of 2011 Particle Accelerator Conference: 2. Simulations of electron multipactor discharge in the coaxial waveguide have been performed using CST Particle Studio, with a primary goal to verify the effect of multi-particle approach combined with advanced probabilistic emission model on the discharge thresholds. Most simulations agree with analytical results and the results from more simplified numerical codes

추가 읽기

C. Gutton, Sur la décharge électrique a frquence trés élevé, Comptes-Rendus Hebdomadgengagers des Séance de l'Academie des Science, vol.178, p.467, 1924
Farnsworth, Philo Taylor (1934). "Television by electron image scanning". Journal of the Franklin Institute. Elsevier BV. 218 (4): 411–444. doi:10.1016/s0016-0032(34)90415-4. ISSN 0016-0032.
J. 로드니 M.Vaughan, Multipactor, IEEE Trans.1988년 7월 35권 전자 소자.
Kishek, R. A.; Lau, Y. Y.; Ang, L. K.; Valfells, A.; Gilgenbach, R. M. (1998). "Multipactor discharge on metals and dielectrics: Historical review and recent theories". Physics of Plasmas. AIP Publishing. 5 (5): 2120–2126. doi:10.1063/1.872883. hdl:2027.42/71019. ISSN 1070-664X.
Kishek, R. A.; Lau, Y. Y. (1998-01-05). "Multipactor Discharge on a Dielectric". Physical Review Letters. American Physical Society (APS). 80 (1): 193–196. doi:10.1103/physrevlett.80.193. ISSN 0031-9007.
Valfells, Agust; Kishek, R. A.; Lau, Y. Y. (1998). "Frequency response of multipactor discharge". Physics of Plasmas. AIP Publishing. 5 (1): 300–304. doi:10.1063/1.872702. hdl:2027.42/69474. ISSN 1070-664X.
R. A. Kishek, 다연자 방전 및 RF 구조의 상호작용, 박사 논문, 미시간 대학교 앤아버(1997)
Lau, Y.Y.; Kishek, R.A.; Gilgenbach, R.M. (1998). "Power deposited on a dielectric by multipactor". IEEE Transactions on Plasma Science. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 26 (3): 290–295. doi:10.1109/27.700756. ISSN 0093-3813.
Lau, Y.Y.; Verboncoeur, J.P.; Valfells, A. (2000). "Space-charge effects on multipactor on a dielectric". IEEE Transactions on Plasma Science. Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 28 (3): 529–536. doi:10.1109/27.887665. ISSN 0093-3813.
A. Valfells, Multipactor 방전: 주파수 응답, 억제 및 창구 파괴와의 관계, 박사 논문, 미시간 대학교 앤아버(2000)
Anderson, R. B.; Getty, W. D.; Brake, M. L.; Lau, Y. Y.; Gilgenbach, R. M.; Valfells, A. (2001). "Multipactor experiment on a dielectric surface". Review of Scientific Instruments. AIP Publishing. 72 (7): 3095–3099. doi:10.1063/1.1380687. hdl:2027.42/71183. ISSN 0034-6748.
R.B. 앤더슨, 유전체 표면에서 다중 작용자 실험, 박사 논문, 미시간 대학교 앤아버(2001)
Riyopoulos, Spilios; Chernin, David; Dialetis, Demos (1995). "Theory of electron multipactor in crossed fields". Physics of Plasmas. AIP Publishing. 2 (8): 3194–3213. doi:10.1063/1.871151. ISSN 1070-664X.

온라인.

스페이스 마이크로파 부품^{[dead link]} 내 멀티캐리어 작동에 대한 멀티팩터 효과에 관한 연구마더, J. 푸흐, H. 딜렌부르, 박사.레펠티어, L. 라피에르, J. 솜브린.PDF 2006년 12월 접속
다중 작용자 효과로 인한 도파관 파괴.1964년 5월, H.M. 워쇼스키, 항공우주 회사 엘 세군도 캘리포니아.2006년 12월 접속
유전체 표면 R.B.에서 다중 인자 실험앤더슨, W.D. 게티, M.L. 브레이크, Y.Y. 라우, R.M. 길겐바흐, A. 발펠스, 사이언스 목사.인스럼, 72, 3095, 2001년 7월

참고 항목

[1] Romanov, Gennady (2011). "Update on Multipactor in Coaxial Waveguides Using CST Particle Studio" (PDF). Proceedings of 2011 Particle Accelerator Conference: 2. Simulations of electron multipactor discharge in the coaxial waveguide have been performed using CST Particle Studio, with a primary goal to verify the effect of multi-particle approach combined with advanced probabilistic emission model on the discharge thresholds. Most simulations agree with analytical results and the results from more simplified numerical codes

[1]

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