Czy można oczekiwać, że taka wnęka RF na miedzi ma Q> 7000?

Artykuł Pomiar impulsu ciągu z zamkniętej wnęki częstotliwości radiowej w próżni (H. White i in., J. Propulsion & Power, listopad 2016 r., Http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) odnosi się do niezwykle kształtowana wnęka miedziana o rezonansie około 1,94 GHz. Jest to opisane w cytowanej sekcji poniżej. (dalsze czytanie: /space/tagged/emdrive )

Ryc. 4 sugeruje, że Q tej wnęki wynosi ponad 7000 (7E + 03). O ile wiem, nie ma sugestii, że w miedzi znajduje się niezwykle przewodząca powłoka.

Moje pytanie dotyczy bardzo wysokiego Q. Myślę, że wśród osób z doświadczeniem z rezonansowymi wnękami miedzi ~ GHz powinna być w stanie odpowiedzieć na to na podstawie doświadczenia, bez zbytniego oparcia się na opiniach. Czy można oczekiwać, że taka wnęka RF na miedzi ma Q> 7000?

Jestem ciekawy - z napędem 50 W jaki byłby rząd wielkości pól elektrycznych w środku? kV / m? MV / m? W razie potrzeby mogę to oddzielić jako osobne pytanie.

Przykład wszystkiego bliskiego w konfiguracji i Q może być podstawą „tak”, a przykład wszystkiego bliskiego w konfiguracji, wysoce zoptymalizowanego, a nawet bliskiego w Q, może być podstawą odpowiedzi „nie”.

B. Artykuł testowy

Artykuł do badań rezonansowych RF jest miedzianym fragmentem o wewnętrznej średnicy 27,9 cm na dużym końcu, wewnętrznej średnicy 15,9 cm na małym końcu i długości osiowej 22,9 cm. Artykuł testowy zawiera dysk z polietylenu o grubości 5,4 cm i zewnętrznej średnicy 15,6 cm, który jest przymocowany do wewnętrznej powierzchni końca o mniejszej średnicy. Antena pętlowa o średnicy 13,5 mm napędza system w trybie TM212 przy częstotliwości 1937 MHz. Ponieważ nie ma analitycznych rozwiązań dla modów rezonansowych stożka ściętego, użycie terminu TM212 opisuje tryb z dwoma węzłami w kierunku osiowym i czterema węzłami w kierunku azymutalnym. Mała antena biczowa zapewnia sprzężenie zwrotne z systemem pętli synchronizacji fazy (PLL). Rysunek 3 przedstawia schemat blokowy głównych elementów artykułu testowego.

powyżej: rysunek 4 stąd . Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby otworzyć w osobnym oknie, aby wyświetlić wyraźnie jako pełny rozmiar, lub wyświetl oryginalny link.

powyżej: „Ryc. 14 Konfiguracja montażu wzdłużnego (radiator to element z żebrowaniem w kolorze czarnym między przedmiotem testowym a wzmacniaczem)”. stąd

powyżej: „rys. 17 Konfiguracja mocowania oporowego, b) widok z boku” stąd

rf resonance O o
źródło

Jeśli Q jest tak wysokie, a siła wyjściowa (i przypuszczalnie moc) tak niska, to dlaczego na końcu miedzianego wiadra jest cholernie wielki wielki radiator? Dokąd zmierza cała moc?

Andy aka

@Andyaka To wygląda jak piękny radiator do użycia tam, gdzie zachodzi konwekcja. Szkoda, że używają go w próżni.

Andrew Morton

@Andyaka Myślę, że radiator znajduje się na elektronice napędu, a nie na rezonatorze. To, co robi w próżni, to inna sprawa!

Brian Drummond,

Odpowiedzi:

Sztuką na uzyskanie dobrej rezonansowej wnęki mikrofalowej Q jest dobry przewodnik, gładkie wykończenie, precyzyjne wyrównanie, lekkie sprzężenie sygnału wejściowego i ograniczony odbiór mikrofonu.

Wygląd na zdjęciu wygląda tak, jakby mógł zostać ograniczony przez mikrofony, a następnie przerobiony w celu ich wyeliminowania. Na przykład używa dużego radiatora zamiast wentylatora. Wygląda również na to, że wyrównanie byłoby prawdziwym obowiązkiem!

Załadowana specyfikacja Q dla Keysight Split Cylinder Resonator wynosi> 20 000 przy 10 GHz. Jeśli spojrzysz na jedną z połówek rezonatora, zobaczysz siebie w wykończeniu powierzchni lustra. Rezonator jest pozłacany i precyzyjnie obrócony diamentem . Części wyglądają tak dobrze, że użyły przezroczystego plastiku na osłony instrumentów! Bardzo niezwykłe w przypadku sprzętu Keysight.

Oto dodatkowe informacje na temat dzielonego rezonatora cylindrycznego, na wypadek, gdyby ktoś był zainteresowany:

Wyrównanie odbywa się za pomocą mocowania kinematycznego, podobnego do sposobu regulacji zwierciadła teleskopu. Połówki rezonatora można następnie regulować w przód iw tył, utrzymując wyrównanie. Próbka pomiarowa jest umieszczana w szczelinie. Próbka zmienia Q i częstotliwość rezonansową rezonatora. To wraz z analizatorem sieci umożliwia pomiar stałej dielektrycznej próbki i straty. Dokładność pomiaru dielektrycznego zależy od posiadania rezonatora o wysokiej Q.

Oto szczegóły dotyczące wykończenia powierzchni z arkusza danych: „Cylindry są precyzyjnie toczone diamentem Al 6061-T6 pokryte 0,5 μm Cu, 0,25 μm PdNi i 2,0 μm Au”.

Pełne ujawnienie: mówię za siebie, a nie Keysight, mimo że tam pracuję.

Tom Anderson
źródło

Ta odpowiedź jest bardzo pomocna, ponieważ podałeś wiele praktycznych informacji. Biorąc pod uwagę, że pytanie brzmi: „Przykład wszystkiego blisko w konfiguracji i Q może być podstawą„ tak ”...” i właśnie to pokazujesz tutaj, mogę założyć, że jest to uzasadnione oczekiwanie, pod warunkiem , że ktoś wie co się robi . Dzięki!

uhoh,

Wygląda na to, że Keysight powinien zaoferować, aby Nasa był lepszy, aby sprawdzić, czy poprawione Q poprawia ciąg ...

Brian Drummond

Uwaga: w tym zastosowaniu wnęka i źródło RF znajdują się na bardzo czułej równowadze, a siły mikro-Newtona są wywnioskowane, więc myślę, że wentylator byłby wykluczony od samego początku. Zastanów się także nad tytułem artykułu: „Pomiar ciągu impulsu z zamkniętej

jamy

Rezonatory Keysight oparte są na badaniach przeprowadzonych przez NIST, patrz nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1354.pdf . Ta analiza niepewności przeprowadzona przez NIST była przydatna do opracowania produktu. Jednym z wyzwań jest zaprojektowanie kształtów, które można zmierzyć mechanicznie z wielką precyzją, aby pomiary mechaniczne można było powiązać poprzez model niepewności z przewidywaniem wydajności mikrofal. Jest to podstawa do kalibracji mikrofalowej i standardów weryfikacji.

Tom Anderson

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

Obliczanie energii zmagazynowanej w ściętej stożkowej wnęce nie jest łatwe i wymaga zintegrowania poprzecznych pól magnetycznych i poprzecznych, obliczonych dla danej geometrii za pomocą równań Maxwella. Jak to zrobić jest poza zakresem tej kwestii, ale nie jest doskonały i solucja rozwiązanie równań różniczkowych do ściętego stożka sferycznej (nie całkiem taki sam jak ten, ale na tyle blisko) tutaj . W rzeczywistości cała ta strona jest po prostu cudownym tekstem na ten temat i szczerze polecam ją każdemu, kto chce się ubrudzić matematyką.

Zróbmy po prostu łatwą, rezonansową wnękę, która jest prostym cylindrem. Nie jest to wcale straszny zamiennik ściętego stożka, myślę, że się zgodzisz.

Współczynnik Q dla takiej wnęki wynosi:

Q = \frac{2) π fa \cdot \frac{μ}{2)} \int_{v} {H.}^{2)} re v}{\frac{R}{2)} \oint_{s} {H.}_{t}^{2)} re s}

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

i mam już zgagę, więc zrobię to, co zrobiłby każdy inżynier i użyję o wiele prostszego przybliżenia! Można wykazać, że wnęka rezonansowa będzie miała Q, które jest rzędu wielkości:

Q ≅ \frac{2)}{δ} \cdot \frac{V.}{ZA}

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

$\delta$

Do tej pory powinno być oczywiste, że tworząc prostą cylindryczną wnękę z miedzi o Q znacznie powyżej 7000, więcej niż między 10 000 a 100 000. 7000 w rzeczywistości wydaje się niezwykle niskie jak na wnękę w kształcie podobnym do tego na zdjęciach. Na głębokości skóry znajdują się, gładkość powierzchni i niedoskonałości stają się problemem, więc jeśli jakość powierzchni wewnątrz jest marna, może to spowodować znaczny spadek Q.

W każdym razie, aby odpowiedzieć tutaj na niezadane pytanie, w jaki sposób ta rzecz wytwarza siłę ciągu… cóż, wcale nie jest anamolowa. Wydaje się, że jest dokładnie odpowiedniej wielkości dla oczekiwanego ciągu z powodu nierównomiernego promieniowania ciepła , co można zobaczyć w zapisie, który podłączyłem wcześniej. To wytwarza siłę ciągu i będzie działać w próżni. Niestety, teoria względności wymusza raczej przygnębiające ograniczenie ciągu na moc.

Ten dysk nigdy nie wyprodukuje więcej niż mikronewtonów na zabójca. To sprawia, że jest to najbardziej nieefektywny i niepraktyczny dostępny napęd kosmiczny, masa reakcji lub brak. I nie będzie lepiej. Tak przynajmniej wyciągnąłem wniosek, ale chciałbym, aby udowodniono, że się mylę.

metakollina
źródło

Ładna analiza Q, a ogniwo podtrzymujące uzasadnia oczekiwany ciąg z powodu nierównomiernego promieniowania - lub emisji fotonu z latarki w próżni - jako 3,3uN / kw - jak sugerujesz. Ale zgłaszane przez NASA pomiary w próżni są o rząd wielkości wyższe - około 1 uN / wat.

Brian Drummond

To bardzo interesująca odpowiedź i poświęcę trochę czasu, aby spojrzeć na link. Czy w przypadku równania Q cylindrycznej wnęki możesz dodać dodatkowy, oddzielny link (w odpowiedzi) również do strony niezwiązanej ze statkami kosmicznymi? Nie mam pod ręką żadnych tekstów mikrofalowych. Masz rację - szacunki rzędu wielkości są w porządku dla celów tego pytania. Dzięki!

uhoh

uwaga dodatkowa: teraz, gdy zapoznałeś się ze stronami Grega Egana, moja produktywność przez resztę tygodnia prawdopodobnie się skończyła. cf gregegan.net/SCIENCE/Bearings/Bearings.html

uhoh

@Brian Drummond hmmm, stara, stara kontrowersja, w której zmierzony ciąg był znacznie większy niż oczekiwana siła reakcji na promieniowanie ... radiometr Crookesa. Eliminacja artefaktu „siły radiometru” spowodowanego przez gaz śladowy lub zanieczyszczenia powierzchniowe nie jest trywialna, szczególnie jeśli różnica temperatur powierzchniowych. jest znacznie wyższy niż wiosła w lekkim młynie. Nawet wyjątkowo twarda próżnia może nie być wystarczająco dobra. Być może ekspert od ultra-czystych komór UHV mógłby to zrobić, ale lepiej byłoby po prostu umieścić to cholerstwo w środowisku na wysokiej orbicie ziemskiej, dobrze oczyszczone, a także pozwolić mu wypłynąć na kilka tygodni przed testami.

wbeaty,

@wbeaty ... tak, jeśli obserwowane zjawisko powoduje odgazowanie, można spodziewać się spadku ciągu w miarę zużycia masy reakcyjnej odgazowania. Zobaczymy ... choć trudno mi uwierzyć, że eksperymentatorzy NASA jeszcze nie zbadali tej hipotezy.

Brian Drummond,