El documento Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum (H. White et al, J. Propulsion & Power, noviembre de 2016, http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) hace referencia a Una cavidad de cobre de forma inusual con una resonancia de aproximadamente 1.94 GHz. Esto se describe en la sección citada a continuación. (lectura adicional: /space/tagged/emdrive )
La figura 4 sugiere que la Q de esta cavidad es superior a 7,000 (7E + 03). Por lo que puedo decir, no hay indicios de un revestimiento inusualmente conductor dentro del cobre.
Mi pregunta es sobre la Q extremadamente alta. Creo que entre aquellos con experiencia en cavidades de cobre resonantes de ~ GHz deberían poder responder esto en base a la experiencia, sin que sea demasiado basada en la opinión. ¿Se podría esperar razonablemente que una cavidad RF de cobre como esta tenga un Q> 7000?
Tengo curiosidad: con una unidad de 50 W, ¿cuál sería el orden de magnitud de los campos eléctricos en el interior? kV / m? MV / m? Puedo separar esto como una pregunta separada si es necesario.
Un ejemplo de algo cercano en la configuración y Q podría ser la base de un "sí" y un ejemplo de algo cercano en la configuración, altamente optimizado y ni siquiera cercano en Q podría ser la base de una respuesta "no".
B. Artículo de prueba
El artículo de prueba de resonancia de RF es un tronco de cobre con un diámetro interno de 27,9 cm en el extremo grande, un diámetro interno de 15,9 cm en el extremo pequeño y una longitud axial de 22,9 cm. El artículo de prueba contiene un disco de polietileno de 5,4 cm de grosor con un diámetro externo de 15,6 cm que se monta en la cara interna del extremo de menor diámetro del tronco. Una antena de bucle de 13,5 mm de diámetro impulsa el sistema en modo TM212 a 1937 MHz. Debido a que no hay soluciones analíticas para los modos resonantes de un cono truncado, el uso del término TM212 describe un modo con dos nodos en la dirección axial y cuatro nodos en la dirección azimutal. Una pequeña antena de látigo proporciona retroalimentación al sistema de bucle de fase bloqueada (PLL). La Figura 3 proporciona un diagrama de bloques de los elementos principales del artículo de prueba.
arriba: Figura 4 desde aquí . Haga clic derecho para abrir en una ventana separada para ver claramente a tamaño completo, o ver en el enlace original.
arriba: "Fig. 14 Configuración de montaje de empuje hacia adelante (el disipador de calor es un elemento con aletas negras entre el artículo de prueba y el amplificador)". de aquí
arriba: "Fig. 17 Configuración de montaje de empuje nulo, b) vista desde el lado" desde aquí
Respuestas:
El truco para obtener una buena cavidad resonante de microondas Q es tener un buen conductor, un acabado liso, una alineación precisa, un acoplamiento ligero de la señal de entrada y una captación microfónica limitada.
Parece que el diseño en la imagen podría haber sido limitado por microfonía, y luego rediseñado para eliminarlos. Por ejemplo, utiliza un disipador térmico grande en lugar de un ventilador. ¡También parece que la alineación sería una verdadera tarea!
La especificación Q cargada para el resonador de cilindro dividido Keysight es> 20,000 a 10 GHz. Si observa una de las mitades del resonador, se verá en el acabado de la superficie del espejo. El resonador está chapado en oro y con precisión de diamante torneado . ¡Las partes se ven tan bien que usaron plástico transparente para las cubiertas del instrumento! Muy inusual para el equipo Keysight.
Aquí hay más información sobre el Resonador de cilindro dividido, en caso de que alguien esté interesado:
La alineación se realiza con una montura cinemática, similar a cómo se ajusta un espejo telescópico. Las mitades del resonador se pueden ajustar de un lado a otro, manteniendo la alineación. Se coloca una muestra de medición en el espacio. La muestra cambia la Q y la frecuencia de resonancia del resonador. Esto, junto con un analizador de red, permite la medición de la constante dieléctrica de la muestra y la pérdida. La precisión de la medición dieléctrica se basa en tener un resonador de alta Q.
Aquí están los detalles sobre el acabado de la superficie de la hoja de datos: "Los cilindros son de precisión de diamante torneado Al 6061-T6 plateado con 0.5 μm Cu, 0.25 μm PdNi y 2.0 μm Au".
Revelación completa: estoy hablando por mí mismo, no por Keysight, a pesar de que trabajo allí.
fuente
Calcular la energía almacenada en una cavidad cónica truncada no es trivial y requiere la integración de los campos magnéticos transversales y eléctricos transversales, calculados para una geometría dada usando las ecuaciones de Maxwell. Cómo hacerlo está más allá del alcance de esta pregunta, pero hay un excelente tutorial y conjunto de soluciones de ecuaciones diferenciales para un cono esférico truncado (no es lo mismo que esto, pero lo suficientemente cerca) aquí . De hecho, toda la página es simplemente una maravillosa redacción sobre este tema y la recomiendo de todo corazón a cualquier persona interesada en ensuciarse con las matemáticas.
Hagamos una fácil, una cavidad resonante que es un cilindro simple. No es un sustituto completamente terrible para un cono truncado, creo que estaría de acuerdo.
El factor Q para dicha cavidad es:
y ya tengo acidez estomacal, así que haré lo que haría cualquier ingeniero y utilizaré la aproximación mucho más simple. Se puede demostrar que una cavidad resonante tendrá una Q que está en el orden de magnitud de:
Ahora debería ser evidente que crear una cavidad cilíndrica simple de cobre con una Q muy por encima de 7000, más como entre 10,000 y 100,000. 7000 en realidad parece inusualmente bajo para una cavidad con forma de la de las fotos. En la profundidad de la piel en la que se encuentran, la suavidad de la superficie y las imperfecciones se convierten en una preocupación, por lo que si la calidad de la superficie en el interior es mala, esto podría hacer que la Q disminuya significativamente.
De todos modos, para responder a la pregunta no formulada aquí, que es cómo produce esto empuje ... bueno, no es para nada análoga. Parece ser exactamente la magnitud correcta para el empuje esperado debido a la radiación de calor desigual , como se puede ver en el artículo que relacioné anteriormente. Esto produce empuje, y funcionará en el vacío. Desafortunadamente, la relatividad impone un límite bastante deprimente en el empuje por poder.
Esta unidad nunca producirá más de micronewtons por killowatt. Esto lo convierte en el medio más ineficiente y poco práctico de propulsión espacial disponible, masa de reacción o no. Y no mejorará. Al menos, esa es la conclusión que he sacado, pero me encantaría que me demuestren lo contrario.
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