Можно ли ожидать, что медная радиочастотная полость, подобная этой, будет иметь Q> 7000?

В документе « Измерение импульсной тяги от закрытой радиочастотной полости в вакууме» (Х. Уайт и др., J. Propulsion & Power, ноябрь 2016 г., http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) упоминается медная полость необычной формы с резонансом около 1,94 ГГц. Это описано в приведенном ниже разделе. (дальнейшее чтение: /space/tagged/emdrive )

На рис. 4 показано, что добротность этой полости превышает 7000 (7E + 03). Насколько я могу судить, нет никаких указаний на необычно проводящее покрытие внутри меди.

Мой вопрос касается чрезвычайно высокого Q. Я думаю, что те, кто имеет опыт работы с резонансными резонансными медными полостями ~ ГГц, должны быть в состоянии ответить на этот вопрос, основываясь на своем опыте, не слишком основанном на мнениях. Можно ли ожидать, что медная радиочастотная полость, подобная этой, будет иметь Q> 7000?

Мне любопытно - с электроприводом 50 Вт, какие будут электрические поля порядка величины внутри? кВ / м? МВ / м? Я могу разорвать это как отдельный вопрос, если это необходимо.

Пример чего-либо близкого по конфигурации и Q может быть основой для «да», а пример чего-то близкого по конфигурации, высоко оптимизированного и даже не близкого по Q, может быть основанием для ответа «нет».

B. Тестовая статья

Радиочастотное резонансное испытательное изделие представляет собой медную усечку с внутренним диаметром 27,9 см на большом конце, внутренним диаметром 15,9 см на маленьком конце и осевой длиной 22,9 см. Испытательное изделие содержит диск из полиэтилена толщиной 5,4 см с наружным диаметром 15,6 см, который крепится к внутренней поверхности конца усеченного диаметра. Рамочная антенна диаметром 13,5 мм управляет системой в режиме TM212 с частотой 1937 МГц. Поскольку не существует аналитических решений для резонансных мод усеченного конуса, использование термина TM212 описывает моду с двумя узлами в осевом направлении и четырьмя узлами в азимутальном направлении. Маленькая штыревая антенна обеспечивает обратную связь с системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). На рисунке 3 представлена блок-схема основных элементов тестовой статьи.

выше: рисунок 4 отсюда . Щелкните правой кнопкой мыши, чтобы открыть в отдельном окне, чтобы просмотреть его в полном размере или просмотреть по исходной ссылке.

выше: «Рис. 14 Конфигурация установки передней тяги (радиатор - это черный ребристый элемент между испытательным изделием и усилителем)». отсюда

выше: «Рис. 17 Конфигурация установки с нулевым упором, б) вид сбоку» отсюда

rf resonance UHOH
источник

Если добротность настолько высока, а выходная тяга (и, вероятно, мощность) так низка, то почему на конце медного ковша есть кроваво-большой радиатор? Куда идет вся власть?

Энди ака

@Andyaka Это похоже на прекрасный радиатор для использования там, где происходит конвекция. Позор, они используют это в вакууме.

Эндрю Мортон

@ Andyaka Я думаю, радиатор находится на электронике привода, а не на резонаторе. То, что он делает в вакууме, - это другое дело!

Брайан Драммонд

Ответы:

Хитрость в получении хорошей микроволновой резонансной полости Q заключается в том, чтобы иметь хороший проводник, гладкую поверхность, точное выравнивание, световую связь входного сигнала и ограниченный микрофонный звукосниматель.

Дизайн на рисунке выглядит так, как будто он был ограничен микрофонами, а затем переработан для их устранения. Например, он использует большой радиатор вместо вентилятора. Также похоже, что выравнивание было бы настоящей рутиной!

Загруженная спецификация Q для резонатора с разделенным цилиндром Keysight составляет> 20000 при 10 ГГц. Если вы посмотрите в одну из половинок резонатора, вы увидите себя в отделке зеркальной поверхности. Резонатор позолочен и точный алмаз повернут . Детали выглядят так хорошо, что они использовали прозрачный пластик для крышек приборов! Очень необычно для экипировки Keysight.

Вот дополнительная справочная информация о резонаторе с разделенным цилиндром, если кому-то это интересно:

Выравнивание выполняется с помощью кинематического крепления, аналогично настройке зеркала телескопа. Половины резонатора можно затем регулировать взад и вперед, сохраняя выравнивание. Образец измерения помещается в зазор. Образец изменяет добротность и резонансную частоту резонатора. Это, наряду с сетевым анализатором, позволяет измерять диэлектрическую проницаемость образца и потери. Точность измерения диэлектрика зависит от наличия высокодобротного резонатора.

Вот подробные данные об отделке поверхности из таблицы: «Цилиндры - это прецизионный алмазный сплав Al 6061-T6, покрытый 0,5 мкм Cu, 0,25 мкм PdNi и 2,0 мкм Au».

Полное раскрытие: я говорю за себя, а не за Keysight, хотя я там работаю.

Том Андерсон
источник

Этот ответ очень полезен, так как вы дали много практической справочной информации. Учитывая, что вопрос говорит: «Пример чего-то близкого по конфигурации и Q может быть основой для« да »...», и это именно то, что вы показываете здесь, я могу предположить, что это разумное ожидание, при условии, что кто-то знает что один делает . Благодарность!

ухо

Звучит так, будто Keysight должен предложить сделать Nasa лучше, чтобы увидеть, улучшает ли тяга тягу ...

Brian Drummond

примечание: в этом приложении резонатор и РЧ-источник находятся на очень чувствительном балансе, а силы микро-Ньютона выводятся, поэтому я думаю, что вентилятор будет исключен с самого начала. Рассмотрим также название статьи: «Измерение импульсной тяги от замкнутой радиочастотной полости в вакууме »

ухо,

Резонаторы Keysight основаны на исследованиях, проведенных NIST, см. Nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1354.pdf . Этот анализ неопределенности из NIST был полезен для разработки продукта. Одна из задач заключается в разработке форм, которые можно механически измерять с высокой точностью, чтобы механические измерения можно было связать с помощью модели неопределенности в прогнозе микроволновой производительности. Это основа для калибровки и проверки стандартов СВЧ.

Том Андерсон

$10^6$ $10^{12}$

Расчет энергии, запасенной в усеченной конической полости, является нетривиальным и требует интегрирования поперечных магнитных и поперечных электрических полей, рассчитанных для данной геометрии с использованием уравнений Максвелла. Как это сделать, выходит за рамки этого вопроса, но существует превосходное пошаговое руководство и множество решений дифференциальных уравнений для усеченного сферического конуса (не совсем то же самое, но достаточно близко) здесь . На самом деле, вся эта страница - просто замечательная статья на эту тему, и я от всей души рекомендую ее всем, кто хочет запятнать математику.

Давайте просто сделаем легкую резонансную полость, которая представляет собой простой цилиндр. Это не совсем ужасная замена усеченному конусу, я думаю, вы согласитесь.

Добротность для такой полости:

Q знак равно \frac{2 π е \cdot \frac{μ}{2} \int_{v} {ЧАС}^{2} d v}{\frac{р}{2} \oint_{s} {ЧАС}_{T}^{2} d s}

$Q = \frac{2\pi f\cdot \frac{\mu}{2}\int_{v}H^2dv}{\frac{R}{2}\oint_{s}H_{t}^{2}ds}$

и у меня уже есть изжога, поэтому я собираюсь сделать то, что сделал бы любой инженер, и вместо этого использовать гораздо более простое приближение! Можно показать, что резонансная полость будет иметь добротность порядка:

Q ≅ \frac{2}{δ} \cdot \frac{В}{A}

$Q\cong \frac{2}{\delta}\cdot \frac{V}{A}$

$\delta$ - глубина скин-слоя на рассматриваемой резонансной частоте, а V и A - объем и площадь поверхности полости. Другими словами, отношение объема полости к площади поверхности будет устанавливать довольно узкий диапазон добротностей, которые может иметь полость, независимо от точной геометрии.

К настоящему времени должно стать очевидным, что создание простой цилиндрической полости из меди с добротностью, значительно превышающей 7000, больше напоминает от 10000 до 100000. 7000 на самом деле кажется необычно низким для полости, похожей на ту, что на фотографиях. На глубине кожи, на которой они находятся, гладкость поверхности и недостатки становятся проблемой, поэтому, если качество поверхности внутри дрянное, это может привести к значительному падению Q.

Во всяком случае, чтобы ответить на не заданный здесь вопрос, который заключается в том, как эта штука вызывает тягу ... ну, это совсем не анамолично. Кажется, это точно правильная величина для ожидаемой тяги из-за неравномерного излучения тепла , как видно из рецензии, которую я связал ранее. Это действительно производит тягу, и это будет работать в вакууме. К сожалению, относительность навязывает довольно удручающее ограничение тяги на мощность.

Этот привод никогда не будет производить больше микроньютонов на киловатт. Это делает его самым неэффективным и непрактичным средством космического движения, реакционной массы или нет. И это не станет лучше. По крайней мере, к такому выводу я пришел, но я бы хотел оказаться ошибочным.

metacollin
источник

Хороший анализ Q, и опорная связь оправдывает ожидаемую тягу из-за неравномерного излучения - или испускания фотонов от фонарика в вакууме - как 3.3uN / кВт - как вы предполагаете. Но измерения, проведенные НАСА в вакууме, на порядки выше - около 1 нН / ватт.

Брайан Драммонд

Это очень интересный ответ, и я найду время, чтобы взглянуть на ссылку. Для уравнения для Q цилиндрической полости, не могли бы вы добавить дополнительную отдельную ссылку (в ответе) на сайт, не связанный с космическим кораблем? У меня нет никаких микроволновых текстов под рукой. Вы правы - оценки порядка величины вполне подходят для целей этого вопроса. Благодарность!

ухо

примечание: теперь, когда вы познакомили меня с сайтами Грега Игана, моя производительность в течение остальной недели, вероятно, снижается. cf gregegan.net/SCIENCE/Bearings/Bearings.html

ухо,

@ Брайан Драммонд Хммм, старый, старый спор, где измеренная тяга была намного больше, чем ожидаемая сила реакции излучения ... Радиометр Крукса. Устранение артефакта «силы радиометра», вызванного следовыми газами или поверхностными загрязнителями, нетривиально, особенно если разность температур поверхности. гораздо выше, чем весла на световой мельнице. Даже очень жесткий вакуум может быть недостаточно хорош. Эксперт по ультрачистым камерам UHV, возможно, мог бы сделать это, но лучше было бы просто поместить эту чертову штуку в среду на высокой околоземной орбите, хорошо очищенную, плюс дать ей газ на несколько недель перед тестированием.

wbeaty

@wbeaty ... да, если наблюдаемое явление дегазации, можно ожидать, что тяга будет уменьшаться по мере расхода массы дегазации. Посмотрим ... хотя мне было бы трудно поверить, что экспериментаторы НАСА еще не изучили эту гипотезу.

Брайан Драммонд