Podría cobre RF de la cavidad como esta se espera, razonablemente, tener un P > 7000?

Question

El papel de la Medición de Impulsivo Empuje de una Cerrada de Frecuencia de Radio de la Cavidad en el Vacío (H. White et al, J. Propulsión Y Energía, de noviembre de 2016, http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120) se refiere a una forma inusual de cobre de la cavidad de resonancia en alrededor de 1.94 GHz. Esto se describe en la citada sección de abajo. (leer más: http://space.stackexchange.com/questions/tagged/emdrive)

Fig. 4 sugiere que la Q de esta cavidad es de más de 7.000 (7E+03). Como lo que puedo decir que no hay ninguna sugerencia de un inusual capa conductiva en el interior de la de cobre.

Mi pregunta es acerca de la extremadamente alta Q. creo que entre aquellos con experiencia con ~GHz resonante de cobre caries debe ser capaz de responder a esta basada en la experiencia, sin que sea demasiado basado en la opinión. Podría cobre RF de la cavidad como esta se espera, razonablemente, tener un P > 7000?

Tengo curiosidad - con una unidad de 50W, ¿cuál sería el orden de magnitud de los campos eléctricos en el interior? kV/m? MV/m? Puedo romper esta apagado como una cuestión separada si es necesario.

Un ejemplo de nada en la configuración y Q podría ser la base de un "sí" y un ejemplo de nada en la configuración, altamente optimizado, y ni siquiera cerca de en Q podría ser la base de un "no" como respuesta.

B. Artículo De Prueba

El RF de resonancia de la prueba es un artículo de cobre truncado con un interior de diámetro de 27.9 cm en la gran final, un diámetro interior de 15.9 cm en el extremo pequeño, y una longitud axial de 22,9 cm. El artículo de prueba contiene un 5.4 cm de espesor de disco de polietileno con un diámetro exterior de 15.6 cm que está montado en el interior de la cara de los más pequeños en diámetro final de la truncado. Un 13.5 mm de diam antena de bucle de unidades en el sistema TM212 modo en 1937 MHz. Debido a que no existen soluciones analíticas para los modos de resonancia de un cono truncado, el uso del término TM212 se describe un modo de con dos nodos en la dirección axial y cuatro nodos en la dirección azimutal. Una pequeña antena de látigo proporciona retroalimentación para la fase-locked loop (PLL) del sistema. La figura 3 ofrece un bloque de diagrama de la prueba del artículo elementos principales.

arriba: Figura 4 desde aquí. Haga clic derecho para abrir en una nueva ventana para ver claramente como en tamaño completo, o ver en el enlace original.

arriba: "Fig. 14 Avance de la configuración de montaje (disipador de calor es de color negro con aletas elemento entre artículo de prueba y el amplificador)." desde aquí

arriba: "Fig. 17 Null empuje de la configuración de montaje, b) vista del lado" a partir de aquí

Answer 1

Sí, un factor de calidad de 7000 no es ni siquiera cerca del límite superior de resonadores de cavidad de cobre en esa frecuencia. Microondas de cobre cavidades con factores de calidad de \$10^6\$ no son infrecuentes. Exóticos superconductor de las caries pueden llegar a Q factores de \$10^{12}\$ (!!!).

El cálculo de la energía almacenada en un cono truncado de la cavidad es trivial y requiere de la integración de la transversal magnético y transversal de los campos eléctricos, calculada para una determinada geometría utilizando las ecuaciones de Maxwell. Cómo hacerlo es más allá del alcance de esta pregunta, pero hay un excelente tutorial y la solución de las ecuaciones diferenciales para un truncado esférica de cono (no es lo mismo que esto, pero lo suficientemente cerca) aquí. De hecho, que toda la página es una maravillosa escribir sobre este tema y de todo corazón lo recomiendo a cualquier persona interesada en conseguir sucio con las matemáticas.

Vamos a hacer fácil, una cavidad resonante que es un simple cilindro. No es completamente terrible sustituto de un cono truncado, creo que estaría de acuerdo.

El factor Q para dicha cavidad es:

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

y ya tengo la acidez, así que voy a hacer lo que cualquier ingeniero y el uso de la mucho más simple aproximación lugar! Uno puede mostrar que una cavidad resonante tendrá un P que está en el orden de magnitud de:

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

donde \$\delta\$ es la profundidad de la piel a la frecuencia resonante en cuestión, y V y a es el área de superficie y volumen de la cavidad. En otras palabras, la relación de una cavidad de volumen del área de la superficie se va a establecer un intervalo bastante estrecho de los factores Q que una cavidad, independientemente de la geometría exacta, posiblemente puede tener.

Debe ser evidente que la creación de una simple cavidad cilíndrica de cobre, con una P muy por encima de 7000, más como entre 10.000 y 100.000. 7000 en realidad parece inusualmente bajo para una cavidad en forma como en las fotos. En la profundidad de la piel están, la suavidad de la superficie y las imperfecciones de convertirse en una preocupación, por lo que si la calidad de la superficie interior es horrible, esto podría causar la Q disminuya significativamente.

De todos modos, para responder a la pregunta planteada aquí, que es cómo hace esta cosa generar un impulso.... bueno, no en todos los anamolous. Parece ser exactamente la magnitud de la espera de empuje debido a la desigual radiación de calor, como puede verse en la escritura de hasta he enlazado antes. Esto produce empuje, y va a trabajar en un vacío. Por desgracia, la relatividad se aplica un lugar deprimente límite en el empuje por el poder.

Esta unidad nunca producen más de micronewtons por killowatt. Esto hace que sea el más ineficiente y poco práctico medios de propulsión para espacio disponible, de la masa de reacción o no. Y no va a ir a mejor. Al menos, esa es la conclusión que he dibujado, pero me encantaría estar equivocado.

Answer 2

El truco para conseguir una buena microondas de resonancia de la cavidad Q es tener un buen director de orquesta, un acabado uniforme, alineación precisa, la luz de acoplamiento de la señal de entrada, y limitada de micrfono de recogida.

El diseño en la imagen parece haber sido limitado por microfonías, y luego reelaborado para eliminarlos. Por ejemplo, se utiliza un gran disipador de calor en lugar de un ventilador. También se ve como la alineación sería una tarea real!

La carga Q de la especificación para el Keysight Split Cilindro Resonador es >20,000 a 10 GHz. Si usted mira en uno de los resonador mitades, se ve a sí mismo en el espejo acabado de la superficie. El resonador está chapado en oro y precisión de diamante se volvió. Las partes se ven tan buenos que utiliza plástico transparente para que el instrumento se cubre! Muy inusual para Keysight de engranajes.

Aquí hay más información de fondo sobre la División del Cilindro Resonador, en caso de que alguien está interesado:

La alineación se realiza con una cinemática de montaje, de manera similar a un telescopio de espejo se ajusta. El resonador mitades pueden ser ajustados de ida y vuelta, mientras que el mantenimiento de la alineación. Una medición de la muestra se coloca en la brecha. La muestra de los cambios de la Q y la frecuencia de resonancia del resonador. Esto, junto con un Analizador de Red, permite la medición de la muestra de la constante dieléctrica y la pérdida. La exactitud de la medición dieléctrica se basa en tener una alta Q del resonador.

Aquí están los detalles en el acabado de la superficie de la hoja de datos: "Los cilindros son de precisión de diamante volvió Al 6061-T6 plateado con 0,5 µm de Cu, de 0,25 µm PdNi, y 2.0 µm Au."

La divulgación completa: hablo por mí, no Keysight, a pesar de que yo trabajo allí.