ปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์ (Multipactor effect ) เป็นปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นใน หลอดสุญญากาศ และท่อนำคลื่นของเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) โดยภายใต้เงื่อนไขบางประการ การปล่อย อิเล็กตรอน ทุติยภูมิ ที่เกิดการสั่นพ้องกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสลับ จะนำไปสู่การเพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนแบบทวีคูณ ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายหรือถึงขั้นทำลายอุปกรณ์ RF ได้

ปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนที่ถูกเร่งความเร็วโดย สนาม ความถี่วิทยุ (RF) สามารถคงอยู่ได้เองในสุญญากาศ (หรือใกล้สุญญากาศ) ผ่านการถล่มของอิเล็กตรอนที่เกิดจากการปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ^{[ 2 ]}การกระทบของอิเล็กตรอนกับพื้นผิวสามารถปล่อยอิเล็กตรอนทุติยภูมิ หนึ่งตัวหรือมากกว่า นั้นเข้าสู่สุญญากาศได้ ขึ้นอยู่กับพลังงานและมุมของการกระทบ อิเล็กตรอนเหล่านี้สามารถถูกเร่งความเร็วโดยสนาม RF และกระทบกับพื้นผิวเดียวกันหรือพื้นผิวอื่นได้ หากพลังงานการกระทบ จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมา และจังหวะเวลาของการกระทบเป็นไปในลักษณะที่ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง ปรากฏการณ์นี้สามารถเติบโตแบบทวีคูณและอาจนำไปสู่ปัญหาการทำงานของระบบ RF เช่น ความเสียหายของส่วนประกอบ RF หรือการสูญเสียหรือการบิดเบือนของสัญญาณ RF

กลไกของมัลติแพคเตอร์ขึ้นอยู่กับการวางแนวของสนามไฟฟ้า RF เมื่อเทียบกับพื้นผิว รวมถึงสนามแม่เหล็กและการวางแนวของมันด้วย^{[ 2 ] : 61–66} มัลติแพคเตอร์มีสองประเภท ได้แก่ มัลติแพคเตอร์สองพื้นผิวบนโลหะ และมัลติแพคเตอร์พื้นผิวเดียวบนโลหะหรือไดอิเล็กทริก

นี่คือปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์ที่เกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ บ่อยครั้งที่สนามไฟฟ้า RF ตั้งฉากกับพื้นผิว การเกิดเรโซแนนซ์ระหว่างเวลาการบินของอิเล็กตรอนและรอบของสนาม RF เป็นกลไกหนึ่งในการพัฒนาปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์

การมีอยู่ของมัลติแพคเตอร์ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขสามประการต่อไปนี้: จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาโดยเฉลี่ยต้องมากกว่าหรือเท่ากับหนึ่งต่ออิเล็กตรอนที่ตกกระทบ (ซึ่งขึ้นอยู่กับผลผลิตอิเล็กตรอนทุติยภูมิของพื้นผิว) และเวลาที่อิเล็กตรอนใช้ในการเดินทางจากพื้นผิวที่มันถูกปล่อยออกมาถึงพื้นผิวที่มันกระทบต้องเป็นจำนวนเต็มเท่าของครึ่งหนึ่งของคาบคลื่นวิทยุและผลผลิตอิเล็กตรอนทุติยภูมิโดยเฉลี่ยต้องมากกว่าหรือเท่ากับหนึ่ง

ปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์สามารถเกิดขึ้นได้บนพื้นผิวเดียวเมื่อพิจารณาสนามแม่เหล็ก^{[ 2 ] : 91–105 [ 3 ]}เหตุการณ์มัลติแพคเตอร์บนพื้นผิวเดียวก็เป็นไปได้บนพื้นผิวโลหะเมื่อมีสนามแม่เหล็กสถิตตัดกัน นอกจากนี้ยังอาจเกิดขึ้นบนพื้นผิวไดอิเล็กทริก ซึ่งมักจะมีสนามไฟฟ้า RF ขนานกับพื้นผิว ประจุบวกที่สะสมอยู่บนพื้นผิวไดอิเล็กทริกจะดึงดูดอิเล็กตรอนกลับไปยังพื้นผิว

เงื่อนไขที่ทำให้เกิดมัลติแพคเตอร์ในมัลติแพคเตอร์แบบสองพื้นผิว สามารถอธิบายได้ด้วยปริมาณที่เรียกว่า ผลคูณของความถี่และช่องว่าง พิจารณาการตั้งค่าแบบสองพื้นผิวที่มีคำจำกัดความดังต่อไปนี้:

${\displaystyle d}$ระยะห่างหรือช่องว่างระหว่างพื้นผิว

${\displaystyle \omega }$ความถี่เชิงมุมของสนาม RF

${\displaystyle V_{0}}$แรงดัน RF สูงสุดระหว่างเพลท

${\displaystyle E_{0}}$สนามไฟฟ้าสูงสุดระหว่างพื้นผิว เท่ากับ/ .${\displaystyle V_{0}}$${\displaystyle d}$

แรงดันไฟฟ้า RF เปลี่ยนแปลงเป็นรูปคลื่นไซน์ พิจารณาช่วงเวลาที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้า A ผ่านจุด 0 และเริ่มกลายเป็นค่าลบ สมมติว่ามีอิเล็กตรอนอิสระอย่างน้อย 1 ตัวอยู่ใกล้ A อิเล็กตรอนนั้นจะเริ่มเร่งความเร็วไปทางขวาไปยังขั้วไฟฟ้า B มันจะเร่งความเร็วต่อไปและถึงความเร็วสูงสุดในอีกครึ่งรอบต่อมา ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วไฟฟ้า B เริ่มกลายเป็นค่าลบ หากอิเล็กตรอนจากขั้วไฟฟ้า A ชนกับขั้วไฟฟ้า B ในเวลานั้นและสร้างอิเล็กตรอนอิสระเพิ่มเติม อิเล็กตรอนอิสระใหม่เหล่านี้จะเริ่มเร่งความเร็วไปยังขั้วไฟฟ้า A กระบวนการนี้อาจเกิดขึ้นซ้ำทำให้เกิดมัลติแพคเตอร์ ตอนนี้เรามาหาความสัมพันธ์ระหว่างระยะห่างระหว่างแผ่น ความถี่ RF และแรงดันไฟฟ้า RF ที่ทำให้เกิดการสั่นพ้องมัลติแพคเตอร์ที่แรงที่สุด

พิจารณาจุดเวลาหนึ่งที่อิเล็กตรอนเพิ่งชนกับขั้วไฟฟ้า A ที่ตำแหน่ง -d/2 สนามไฟฟ้าเป็นศูนย์และเริ่มชี้ไปทางซ้าย ทำให้อิเล็กตรอนที่เพิ่งหลุดออกมาถูกเร่งไปทางขวา สมการการเคลื่อนที่ของนิวตันสำหรับอิเล็กตรอนอิสระคือ

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

${\displaystyle {\ddot {x}}(t)={\frac {qE_{0}}{m}}~\sin(\omega t)}$

คำตอบของสมการเชิงอนุพันธ์ นี้ คือ

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

โดยถือว่าเมื่ออิเล็กตรอนออกจากอิเล็กโทรดในตอนเริ่มต้น พวกมันมีความเร็วเป็นศูนย์ เรารู้ว่าการสั่นพ้องจะเกิดขึ้นหากอิเล็กตรอนมาถึงอิเล็กโทรดด้านขวาสุดหลังจากครึ่งหนึ่งของคาบเวลาของสนาม RF เมื่อแทนค่านี้ลงในคำตอบของเราสำหรับเราจะได้ ${\displaystyle t_{\frac {1}{2}}={\frac {\pi }{\โอเมก้า }}}$${\displaystyle x(t)}$

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

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

การจัดเรียงใหม่และการใช้ความถี่แทนความถี่เชิงมุมทำให้ได้ผลลัพธ์ดังนี้ ${\displaystyle f}$

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

ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวเรียกว่า ผลิตภัณฑ์ช่องว่างความถี่ โปรดจำไว้ว่าสมการนี้เป็นเกณฑ์สำหรับปริมาณเรโซแนนซ์สูงสุด แต่มัลติแพคเตอร์ยังคงสามารถเกิดขึ้นได้แม้ว่าสมการนี้จะไม่เป็นไปตามเงื่อนไขก็ตาม ${\displaystyle fd}$

การเกิดมัลติแพคติ้งขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตของพื้นผิวและการกระจายตัวที่แน่นอนของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก มีเทคนิคทางเรขาคณิตหลายวิธีในการลดหรือแม้กระทั่งกำจัดผลกระทบของมัลติแพคเตอร์ วิธีหนึ่งคือการใช้ร่องขนาดเล็กซึ่งปรับเปลี่ยนทิศทางของสนามไฟฟ้าตรงตำแหน่งการปล่อยอิเล็กตรอน ทำให้อิเล็กตรอนบางส่วนถูกผลักไปในทิศทางที่ไม่เอื้อต่อกระบวนการ^{[ 4 ]}อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ร่องขนาดใหญ่บนพื้นผิวซึ่งเปลี่ยนแปลงเวลาการบินของอิเล็กตรอนในการเกิดมัลติแพคติ้งแบบสองจุดเป็นระยะ ทำให้เงื่อนไขการสั่นพ้องของมัลติแพคเตอร์ถูกรบกวน^{[ 5 ]}นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนแปลงเฉพาะในความโค้งของพื้นผิวโพรงที่ทำลายโอกาสที่อิเล็กตรอนจะกลับไปยังจุดกำเนิด^{[ 6 ]}หรือพื้นผิวการเปลี่ยนผ่านของโพรง-ท่อลำแสง^{[ 7 ]}เทคนิคการดัดแปลงพื้นผิวต่างๆ เหล่านี้เป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพในการระงับการเกิดมัลติแพคติ้งในรูปทรงเรขาคณิตต่างๆ

ปรากฏการณ์นี้ถูกสังเกตพบครั้งแรกโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ คามิลล์ กุตตงในปี 1924 ที่เมืองนองซี

ปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์ถูกค้นพบและศึกษาในปี 1934 โดยฟิโล ฟาร์นสเวิร์ธผู้ประดิษฐ์โทรทัศน์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งพยายามใช้ประโยชน์จากมันในฐานะเครื่องขยายสัญญาณ แต่ในปัจจุบัน ปรากฏการณ์นี้กลับกลายเป็นอุปสรรคที่ต้องหลีกเลี่ยงในการทำงานปกติของเครื่องเร่งอนุภาคอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สุญญากาศ เรดาร์ อุปกรณ์ สื่อสารผ่านดาวเทียมและอื่นๆ

การประยุกต์ใช้คอมพิวเตอร์ครั้งแรกเพื่อตรวจสอบมัลติแพคติ้งเกิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 1970 ^{[ 3 ]}เมื่อพบว่าเป็นข้อจำกัดที่สำคัญของประสิทธิภาพโพรง SRF

มีการเสนอรูปแบบใหม่ของมัลติแพคเตอร์^{[ 8 ]}และต่อมาได้มีการสังเกตทดลอง ซึ่งการประจุบน พื้นผิว ไดอิเล็กทริกจะเปลี่ยนพลวัตของการปล่อยประจุมัลติแพคเตอร์อย่างมาก

• พลาสมาแบบเชื่อมต่อด้วยตัวเก็บประจุ
• พลาสมาแบบเหนี่ยวนำ

• C. Gutton, Sur la décharge électrique à fréquence très élevée , Comptes-Rendus Hebdomadares des Séances de l'Académie des Sciences, vol.178, p.467, 1924
• Farnsworth, Philo Taylor (1934). "โทรทัศน์โดยการสแกนภาพอิเล็กตรอน". วารสารสถาบันแฟรงคลิน218 (4) . Elsevier BV: 411– 444. doi : 10.1016/s0016-0032(34)90415-4 . ISSN  0016-0032 .
• J. Rodney M. Vaughan, Multipactor , IEEE Trans. Electron Devices, vol. 35, No 7, กรกฎาคม 1988
• Kishek, RA; Lau, YY (1998-01-05). "การปล่อยประจุมัลติแพคเตอร์บนไดอิเล็กทริก". Physical Review Letters . 80 (1). American Physical Society (APS): 193– 196. doi : 10.1103/physrevlett.80.193 . ISSN  0031-9007 .
• Valfells, Agust; Kishek, RA; Lau, YY (1998). "การตอบสนองความถี่ของการปล่อยประจุมัลติแพคเตอร์". ฟิสิกส์ของพลาสมา 5 ( 1). AIP Publishing: 300– 304. doi : 10.1063/1.872702 . hdl : 2027.42/69474 . ISSN  1070-664X .
• RA Kishek, ปฏิสัมพันธ์ระหว่างการปล่อยประจุมัลติแพคเตอร์และโครงสร้างคลื่นความถี่วิทยุ , วิทยานิพนธ์ปริญญาเอก, มหาวิทยาลัยมิชิแกน, แอนอาร์เบอร์ (1997)
• Lau, YY; Kishek, RA; Gilgenbach, RM (1998). "พลังงานที่สะสมบนไดอิเล็กทริกโดยมัลติแพคเตอร์" IEEE Transactions on Plasma Science . 26 (3). สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE): 290– 295. doi : 10.1109/27.700756 . ISSN  0093-3813 .
• Lau, YY; Verboncoeur, JP; Valfells, A. (2000). "ผลกระทบของประจุอวกาศต่อมัลติแพคเตอร์บนไดอิเล็กทริก" IEEE Transactions on Plasma Science . 28 (3). สถาบันวิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ (IEEE): 529– 536. doi : 10.1109/27.887665 . ISSN  0093-3813 .
• A. Valfells, การปล่อยประจุมัลติแพคเตอร์: การตอบสนองความถี่ การระงับ และความสัมพันธ์กับการแตกของหน้าต่างวิทยานิพนธ์ปริญญาเอก มหาวิทยาลัยมิชิแกน แอนอาร์เบอร์ (2000)
• Anderson, RB; Getty, WD; Brake, ML; Lau, YY; Gilgenbach, RM; Valfells, A. (2001). "การทดลองมัลติแพคเตอร์บนพื้นผิวไดอิเล็กทริก". บทวิจารณ์เครื่องมือวิทยาศาสตร์ 72 ( 7). AIP Publishing: 3095– 3099. doi : 10.1063/1.1380687 . hdl : 2027.42/71183 . ISSN  0034-6748 .
• RB Anderson, การทดลองมัลติแพคเตอร์บนพื้นผิวไดอิเล็กทริก , วิทยานิพนธ์ปริญญาเอก, มหาวิทยาลัยมิชิแกน, แอนอาร์เบอร์ (2001)
• ริโยปูลอส, สปิลิออส; เชอร์นิน, เดวิด; Dialetis การสาธิต (1995) "ทฤษฎีอิเล็กตรอนมัลติแพ็กเตอร์ในสนามตัดขวาง" ฟิสิกส์ของพลาสมา . 2 (8) สำนัก พิมพ์AIP: 3194– 3213. doi : 10.1063/1.871151 ISSN  1070-664X .

ออนไลน์

• การศึกษาปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์ในการทำงานแบบหลายคลื่นความถี่ภายในส่วนประกอบไมโครเวฟสำหรับอวกาศ Ph. Mader, J. Puech, H. Dillenbourg, Ph. Lepeltier, L. Lapierre, J. Sombrin. PDF เข้าถึงเมื่อธันวาคม 2549
• การชำรุดเสียหายในท่อนำคลื่นเนื่องจากปรากฏการณ์มัลติแพคเตอร์ เอชเอ็ม วาโชว์สกี บริษัท แอโรสเปซ คอร์ป เอลเซกุนโด แคลิฟอร์เนีย พฤษภาคม 1964 เข้าถึงเมื่อธันวาคม 2006
• การทดลองมัลติแพคเตอร์บนพื้นผิวไดอิเล็กทริก RB Anderson, WD Getty, ML Brake, YY Lau, RM Gilgenbach, A. Valfells, Rev. Sci. Instrum., 72, 3095, กรกฎาคม 2001

• พลาสมาแบบเชื่อมต่อด้วยตัวเก็บประจุ
• อิเล็กตรอนถล่ม
• ฟูเซอร์