这样的铜射频腔是否可以合理地期望Q> 7000?


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论文《真空中封闭射频腔的脉冲推力的测量》(H.White等人,《推进与动力》,2016年11月,http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120)涉及一个异常形状的铜腔,其共振频率约为1.94 GHz。在下面引用的部分中对此进行了描述。(进一步阅读:https : //space.stackexchange.com/questions/tagged/emdrive

图4表明该腔的Q值超过7,000(7E + 03)。据我所知,没有暗示在铜内部有异常导电的涂层。

我的问题是关于极高的Q值的。我认为在拥有〜GHz谐振铜腔经验的人中,应该能够基于经验来回答这个问题,而不必太基于意见。这样的铜射频腔是否可以合理地期望Q> 7000?

我很好奇-50W的驱动器,内部电场的数量级是多少?kV / m?MV / m?如有必要,我可以将其作为一个单独的问题进行讨论。

配置接近和Q的任何示例都可以作为“是”的基础,配置高度接近,高度优化甚至不接近 Q 的任何示例都可以作为“否”答案的基础。

B.测试文章

该RF共振测试制品是铜截头锥体,其大端的内径为27.9cm,小端的内径为15.9cm,轴向长度为22.9cm。测试物品包含一个5.4厘米厚的聚乙烯圆盘,其外径为15.6厘米,该圆盘安装在平截头体的较小直径端的内表面上。直径为13.5毫米的环形天线以1937 MHz的TM212模式驱动系统。因为没有针对圆锥台共振模式的解析解,所以使用术语TM212描述了一种模式,该模式在轴向有两个节点,在方位方向有四个节点。小型鞭状天线可为锁相环(PLL)系统提供反馈。图3提供了测试文章的主要元素的框图。

在此处输入图片说明

从这里开始的图4 。右键单击以在单独的窗口中打开,以完整尺寸清晰查看,或在原始链接上查看。

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“图14前推力安装配置(散热器是测试件和放大器之间的黑色鳍状件)。” 从这里

在此处输入图片说明

以上: “图17空推力从安装端的配置,B)图。” 从这里


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如果Q很高而输出推力(可能是功率)那么低,那为什么在铜桶的末端有一个大的大散热片呢?所有的力量都在哪里?
安迪(aka Andy)

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@Andyaka看起来像一个可爱的散热器,可用于对流正在进行的地方。可惜他们在真空中使用它。
Andrew Morton

@Andyaka我认为散热器位于驱动电子设备上,而不是谐振器上。真空状态下的工作完全是另一回事!
Brian Drummond

Answers:


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获得良好的微波谐振腔Q的技巧是具有良好的导体,光滑的表面,精确的对准,输入信号的光耦合以及有限的麦克风拾音。

图片中的设计看起来可能受到麦克风的限制,然后进行了重新设计以消除它们。例如,它使用大的散热器而不是风扇。看起来对齐也将是一件真正的事!

德科技分体圆柱谐振器的已加载Q规格在10 GHz时> 20,000。如果您观察谐振器的两半,您会发现自己在镜面光洁度中。谐振器镀金,精密金刚石车削。零件看起来非常好,以至于它们用透明的塑料盖住了乐器的盖子!是德科技设备非常不寻常。

如果有人感兴趣,这是有关分体式圆柱谐振器的更多背景信息:

对准是通过运动学安装架完成的,类似于望远镜镜的调整方法。然后可以在保持对准的同时来回调节谐振器的两半。将测量样品放置在间隙中。样本会改变谐振器的Q和谐振频率。结合网络分析仪,可以测量样品的介电常数和损耗。介电测量的准确性取决于具有高Q谐振器。

以下是数据表中的表面处理细节: “圆柱体是精密金刚石车削的Al 6061-T6,镀有0.5μmCu,0.25μmPdNi和2.0μmAu。”

全面披露:即使我在那儿工作,我也是在为自己说话,不是Keysight。


由于您已经提供了许多实用的背景信息,因此该答案非常有帮助。考虑到问题是“任何配置和Q接近的示例都可能是'是'的基础...”,而这正是您在此处显示的内容,我可以假设这是一个合理的期望,只要有人知道一个人在做什么。谢谢!
uhoh

听起来像是德科技应该让美国国家航空航天局成为更好的人,看看改进的Q是否能改善推力……
Brian Drummond

注意:在此应用中,空腔和RF源位于非常敏感的平衡之上,并且可以推断出微牛顿力,因此我认为一开始就将风扇排除在外。还要考虑论文的标题:“ 在真空中从封闭的射频腔测量脉冲推力”
uhoh

Keysight谐振器基于NIST所做的研究,请参见nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1354.pdf。NIST的不确定性分析对于产品开发很有用。挑战之一是设计具有可以高精度机械测量的形状,以便可以通过不确定性模型将机械测量关联到微波性能的预测中。这是微波校准和验证标准的基础。
Tom Anderson

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1061012

计算截顶圆锥形腔中存储的能量并非易事,并且需要对横向磁场和横向电场进行积分,这是使用麦克斯韦方程为给定几何形状计算的。如何做到这一点超出了这个问题的范围,但对于一个截去顶端的球形锥(不太一样,因为这,但足够接近)一个很好的演练和解决方案组微分方程这里。实际上,整页只是关于该主题的精彩文章,我衷心推荐给有兴趣学习数学的任何人。

让我们做一个简单的谐振腔,它是一个简单的圆柱体。这并不是截锥的完全替代品,我想您会同意的。

此类腔的Q因子为:

=2πFμ2vH2dv[R2sHŤ2ds

而且我已经很痛了,所以我将做任何工程师都会做的事情,而是使用更简单的近似值!可以证明谐振腔的Q值约为:

2δV一种

δ

到现在为止应该很明显的是,用Q值远大于7000的铜(由10,000到100,000之间)创建了一个简单的圆柱形空腔。实际上,对于像照片中的形状一样的空腔,7000似乎异常低。在他们所处的皮肤深度处,表面光滑度和瑕疵成为问题,因此,如果内部的表面质量差,可能会导致Q值显着下降。

无论如何,要在这里回答这个尚未提出的问题,那就是这东西是如何产生推力的。。。。正如我之前链接的文章所看到的那样,由于不均匀的热辐射,预期推力的幅值似乎恰到好处。这确实会产生推力,并且会在真空中工作。不幸的是,相对论对每项推力施加了相当令人沮丧的限制。

这种驱动器每千千瓦所产生的热量绝不会超过微牛顿。这使其成为可用的空间推进效率最低,最不切实际的手段,无论反应质量是否。而且它不会变得更好。至少,这是我得出的结论,但我希望被证明是错误的。


根据您的建议,对Q进行了很好的分析,并通过支撑连杆证明了由于不均匀辐射或真空中手电筒发出的光子发射而产生的预期推力为3.3uN / kw。但是NASA报道的真空测量结果要高几个数量级-约为1 uN / watt。
Brian Drummond

这是一个非常有趣的答案,我将花一些时间来查看链接。对于圆柱腔Q的方程式,您是否也可以在答案之外的位置添加一个与航天器无关的附加链接?我没有任何微波炉短信。您是对的-就此问题而言,数量级估计就可以了。谢谢!
uhoh

旁注:既然您已经向我介绍了Greg Egan站点,那么本周余下时间的生产力可能会降低。cf gregegan.net/SCIENCE/Bearings/Bearings.html
uhoh

@Brian Drummond hmmm,一个古老而古老的争论,Crookes的辐射计是测得的推力远远大于预期的辐射反作用力。消除痕量气体或表面污染物引起的“辐射力”伪影并非易事,尤其是在表面温度差异较大的情况下。远远高于轻磨机中的桨。即使是极高的真空度也可能不够好。超洁净超高压舱室的专家也许可以做到,但最好是将这可恶的东西放到高地球轨道的环境中,清洗干净,再放气数周再进行测试。
wbeaty

@wbeaty ...是的,如果观察到的现象是放气的,则可以预期,由于消耗了放气的反应物质,推力会下降。我们将看到……尽管我很难相信NASA实验人员尚未研究过该假设。
Brian Drummond
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