Simulations of Multipactor Breakdown Between Two Cylinders

Rasch, Joel; Semenov, V. E.; Rakova, E.; Anderson, D.; Johansson, J.; Lisak, M.; Puech, J.

doi:10.1109/tps.2011.2159997

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“…8. Silver has W 1 = 30 eV, and σ max = 2.22 29,30,32 , and the act of solving for the breakdown threshold consists in finding the electric field strength ratio E 0 /E 1 which produces a steady state impactemission density for a given ratio W e /W 1 . The two dashed lines indicate the approximations corresponding to non-resonant (Eq.…”

Section: B Solutionsmentioning

confidence: 99%

“…The choice of parameters corresponds to silver, and is the same as in our previous recent publications 29,30 , making the results easy to compare. But as is seen in Fig.…”

Section: B Solutionsmentioning

confidence: 99%

“…The inhomogeneity of the electric field can be incorporated using the concept of the ponderomotive force, which affects the electron drift velocity 10,20,[28][29][30] , and the concept of geometrical spreading can be used to model curved surfaces by diluting the electron density appropriately 29 .…”

Section: Introductionmentioning

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Non-resonant multipactor—A statistical model

Rasch

Johansson

2012

Physics of Plasmas

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High power microwave systems operating in vacuum or near vacuum run the risk of multipactor breakdown. In order to avoid multipactor, it is necessary to make theoretical predictions of critical parameter combinations. These treatments are generally based on the assumption of electrons moving in resonance with the electric field while traversing the gap between critical surfaces.Through comparison with experiments, it has been found that only for small system dimensions will the resonant approach give correct predictions. Apparently, the resonance is destroyed due to the statistical spread in electron emission velocity, and for a more valid description it is necessary to resort to rather complicated statistical treatments of the electron population, and extensive simulations. However, in the limit where resonance is completely destroyed it is possible to use a much simpler treatment, here called non-resonant theory. In this paper we develop the formalism for this theory, use it to calculate universal curves for the existence of multipactor, and compare with previous results. Two important effects that leads to an increase in the multipactor threshold in comparison with the resonant prediction are identified. These are the statistical spread of impact speed, which leads to a lower average electron impact speed, and the impact of electrons in phase regions where the secondary electrons are immediately reabsorbed, leading to an effective removal of electrons from the discharge.

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Section: B Solutionsmentioning

confidence: 99%

“…The choice of parameters corresponds to silver, and is the same as in our previous recent publications 29,30 , making the results easy to compare. But as is seen in Fig.…”

Section: B Solutionsmentioning

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Non-resonant multipactor—A statistical model

Rasch

Johansson

2012

Physics of Plasmas

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“…En los filtros paso-bajo en guiaonda, las ventanas rectangulares capacitivas son típicamente empleadas. La presencia de esquinas y bordes causan campos electromagnéticos de nivel elevado en sus proximidades (efecto "fringing fields"), que pueden conducir a efectos negativos de alta potencia como el "multipactor" (veáse [Semenov et al, 2008, Rasch et al, 2011) y el efecto "corona" (veáse ). Esto es crítico para las aplicaciones de alta potencia en las comunicaciones por satélite, ya que limitan el nivel de potencia que un filtro microondas puede manejar sin que se produzcan fenómenos destructivos.…”

Section: Introductionunclassified

“…Por ello, se propone utilizar postes conductores con forma circular o elíptica, en sustitución de las placas paralelas. En trabajos recientes,[Rasch et al, 2010, Rasch et al, 2011, se demuestra que el umbral de potencia de ruptura debido a dispersión de las trayectorias es menos probable entre cilindros que entre placas paralelas, debido a la dispersión de las trayectorias de los electrones emitidos, causados por la curvatura de las superficies redondeadas. Para la realización de los filtros basados en estas topologías, se empleará un método basado en analizar los parámetros [ABCD] o los parámetros de scattering, para cada inversor de impedancias que se haya sintetizado.…”

unclassified

Análisis de circuitos en guía y de antenas en cavidad con independencia del encapsulado

Castejón¹

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su interés por mis progresos e investigaciones, ya que desde el primer instante siempre me he sentido con ellos como parte de su equipo, guiándome en todo momento y atendiendo a todas las ideas propuestas. En este mundo tan especial de la investigación, he de reconocer que aún no siendo yo precisamente demasiado religioso, he de decir que a veces hay que tener una esperanza ciega en tus propias creencias científicas, y sin la fe que han tenido en mi, Fernando y Alejandro, no hubiera conseguido perseverar adecuadamente para obtener los resultados deseados. Quisiera agradecer a los compañeros del GEAT, David Cañete, José Luis Gómez y Diego Correas, sus ánimos y ayuda en todas las tareas referentes a la investigación y docencia, puesto que siempre estuvieron ahí cuando se les necesitaba. Igualmente quiero agradecer la colaboración del compañero Juan Hinojosa en las medidas realizadas en el laboratorio. No quiero olvidar que para poder realizar la fabricación de uno de los filtros paso bajo presentados, de cuyo modelo nos fue concedida la primera patente, se ha contado con la implicación del profesor José Antonio Orenes Sánchez, del departamento de fabricación mecánica del IES Miguel de Cervantes. Finalmente, pero no por ello menos importante, quiero agradecer a toda mi familia: Ana María y mis dos hijos, Ana María y Pedro, por el apoyo incondicional que me han dado durante todos estos años, asumiendo y permitiéndome todo el tiempo que he tenido que emplear para desarrollar la tesis que aquí presento. De hecho, yo no hubiera llegado hasta aquí sin el empuje que mi amada mujer Ana María, a la que tanto le debo, me ha dado durante todos estos años. Por supuesto, he de agradecer a mis padres, Pedro y Lola, la educación que me inculcaron desde pequeño, y finalmente, en el día de la exposición, me hubiera gustado haber estado acompañado por mi padre, al que siempre tengo presente.

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Ping-pong modes and higher-periodicity multipactor

Kishek

2013

Physics of Plasmas

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Multipactor is a vacuum discharge driven by secondary electron emission. Multiple period multipactors have long been known to exist but have been studied less extensively. In a period-n multipactor, electrons undergo multiple impacts in one rf period, with the synchronous phase alternating periodically between multiple values. A novel resonant form is proposed that combines one- and two-surface impacts within a single period, provided the total transit time is an odd number of rf half-periods and the product of secondary yields exceeds unity. For low fD products, the simplest such mode is shown to significantly increase the upper electric field boundary of the multipacting region and lead to overlap of higher-order bands. The results agree nicely with 3-D particle-in-cell code simulations. An alternative, map-based method is introduced for analyzing higher-periodicity multipactor. Practical implications of the findings are discussed, including consequences for multipactor suppression strategies using a dc magnetic field.

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Simulations of Multipactor Breakdown Between Two Cylinders

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Non-resonant multipactor—A statistical model

Non-resonant multipactor—A statistical model

Análisis de circuitos en guía y de antenas en cavidad con independencia del encapsulado

Ping-pong modes and higher-periodicity multipactor

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