이와 같은 구리 RF 공동이 Q> 7000을 가질 것으로 합리적으로 예상 될 수 있습니까?

진공에서 폐쇄 된 무선 주파수 캐비티로부터의 추진력 추력 의 종이 (H. White et al., J. Propulsion & Power, 2016 년 11 월, http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) 약 1.94GHz의 공명을 가진 비정상적인 형태의 구리 공동. 이것은 아래 인용 부분에 설명되어 있습니다. (추가 읽기 : /space/tagged/emdrive )

그림 4는이 캐비티의 Q가 7,000 (7E + 03) 이상임을 나타냅니다. 내가 알 수있는 한 구리 내부에 비정상적으로 전도성 코팅이 제안되지 않았습니다.

내 질문은 매우 높은 Q에 관한 것입니다. ~ GHz 공명 구리 공동에 대한 경험이있는 사람들 중에는 너무 의견에 의존하지 않고 경험에 근거하여이 질문에 대답 할 수 있어야한다고 생각합니다. 이와 같은 구리 RF 공동이 Q> 7000을 가질 것으로 합리적으로 예상 될 수 있습니까?

궁금합니다-50W의 드라이브로 내부의 전기장의 크기는 어떻습니까? kV / m? MV / 분? 필요한 경우 별도의 질문으로이 문제를 해결할 수 있습니다.

구성 및 Q 아무것도 가까이의 예는 "예"의 기초 및 구성에서 아무것도 가까이의 예 수, 최적화, 그리고 심지어 가까운 Q에 "아니오"대답의 근거가 될 수 있습니다.

B. 시험 기사

RF 공명 시험 물품은 내경이 27.9cm이고 내경이 15.9cm이고 축 방향 길이가 22.9cm 인 구리 절두체이다. 시험 물품은 절두체의 작은 직경 단부의 내부면에 장착되는 외경 15.6 cm의 5.4 cm 두께의 폴리에틸렌 디스크를 함유한다. 13.5mm 직경 루프 안테나는 시스템을 TM937 모드에서 1937MHz로 구동합니다. 절두 원뿔의 공진 모드에 대한 분석 솔루션이 없기 때문에 TM212라는 용어를 사용하면 축 방향으로 두 개의 노드가 있고 방위 방향으로 네 개의 노드가있는 모드를 설명합니다. 소형 휩 안테나는 위상 고정 루프 (PLL) 시스템에 피드백을 제공합니다. 그림 3은 테스트 기사의 주요 요소에 대한 블록 다이어그램입니다.

위 : 그림 4 여기 . 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하여 별도의 창에서 열거 나 전체 크기로 선명하게 보거나 원래 링크에서 봅니다.

위 : "그림 14 정방향 스러스트 장착 구성 (방열판은 테스트 품목과 증폭기 사이에 검은 색 핀으로 고정 된 품목 임)" 여기에서

위 : "그림 17 널 스러스트 장착 구성, b) 측면도" 여기에서

rf resonance

— 어 오
소스

Q가 너무 높고 출력이 추력 (아마도 전력)이 너무 낮 으면 왜 구리 버킷 끝에 피의 큰 히트 싱크가 있습니까? 모든 힘은 어디로 가고 있습니까?

— Andy 일명

@Andyaka 그것은 대류가 진행되는 곳에서 사용하기에 멋진 방열판처럼 보입니다. 그들이 진공에서 그것을 사용하고있어 수치심.

— Andrew Morton

@Andyaka 나는 방열판이 공진기가 아닌 구동 전자 장치에 있다고 생각합니다. 진공 상태에서하는 일은 또 다른 문제입니다!

— Brian Drummond

답변:

좋은 마이크로파 공명 공동 Q를 얻는 요령은 좋은 도체, 매끄러운 마무리, 정확한 정렬, 입력 신호의 광 결합 및 제한된 마이크로폰 픽업을 갖는 것입니다.

그림의 디자인은 마이크로 포 닉스에 의해 제한되었을 수 있으며,이를 제거하기 위해 재 작업되었습니다. 예를 들어 팬 대신 큰 방열판을 사용합니다. 또한 정렬이 진짜 집안일 것 같습니다!

키 사이트 스플릿 실린더 공진기에 로드 된 Q 사양은 10GHz에서> 20,000입니다. 공진기 반쪽을 살펴보면 거울 표면 마무리에 자신이 나타납니다. 공진기는 금도금되고 정밀한 다이아몬드가 회전 합니다. 부품이 너무 좋아서 기기 덮개에 투명한 플라스틱을 사용했습니다! 키 사이트 장비에서는 매우 드 unusual니다.

다음은 누군가가 관심을 가질 수있는 Split Cylinder Resonator에 대한 배경 정보입니다.

망원경 거울을 조정하는 방법과 유사한 운동 학적 마운트로 정렬합니다. 정렬을 유지하면서 공진기 절반을 앞뒤로 조정할 수 있습니다. 측정 샘플이 틈에 배치됩니다. 샘플은 공진기의 Q 및 공진 주파수를 변경합니다. 이것은 네트워크 분석기와 함께 샘플 유전 상수 및 손실의 측정을 가능하게합니다. 유전체 측정의 정확도는 높은 Q 공진기가 있어야합니다.

데이터 시트의 표면 마감에 대한 세부 사항은 다음과 같습니다. "실린더는 0.5μm Cu, 0.25μm PdNi 및 2.0μm Au로 도금 된 정밀 다이아몬드 가공 Al 6061-T6입니다."

전체 공개 : 나는 그곳에서 일하고 있지만 키 사이트가 아니라 스스로를 말하고 있습니다.

— 톰 앤더슨
소스

이 답변은 많은 실제 배경 정보를 제공했기 때문에 매우 유용합니다. 질문에 "구성 및 Q에 가까운 모든 것의 예는 '예'의 기초가 될 수 있습니다 ..."라고 말하고 그것이 여기에 표시 되는 것입니다. 무엇을하고 있는가 . 감사!

— uhoh

Keysight와 같은 소리로 개선 된 Q가 추력을 향상시키는 지 Nasa를 더 나은 것으로 만들 수있을 것입니다.

— Brian Drummond

참고 : 이 응용 프로그램에서 캐비티와 RF 소스는 매우 민감한 균형 위에 있으며 마이크로 뉴턴 힘이 추론되므로 팬이 처음부터 제외 될 것이라고 생각합니다. 논문의 제목을 고려하십시오 : " 진공 상태에서 폐쇄 된 무선 주파수 캐비티 로 인한 충격 추력 측정 "

— uhoh

Keysight 공진기는 NIST가 수행 한 연구를 기반으로합니다 . nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1354.pdf를 참조하십시오 . NIST의 이러한 불확실성 분석은 제품 개발에 유용했습니다. 도전 과제 중 하나는 기계적으로 측정 할 수있는 형태로 설계하여 불확실성 모델을 통해 마이크로파 성능을 예측할 수 있도록 기계적 측정을 수행하는 것입니다. 이것이 마이크로파 교정 및 검증 표준의 기초입니다.

— Tom Anderson

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

잘린 원뿔형 공동에 저장된 에너지를 계산하는 것은 쉽지 않으며 Maxwell의 방정식을 사용하여 주어진 형상에 대해 계산 된 횡 자기장과 횡 전기장을 통합해야합니다. 그렇게하는 방법은이 질문의 범위를 벗어나지 만, 잘린 구형 원뿔 (이것과 동일하지는 않지만 충분히 가깝습니다)에 대한 훌륭한 연습 및 미분 방정식 세트가 있습니다 . 사실, 그 전체 페이지는이 주제에 대한 훌륭한 글일 뿐이며 수학에 더러워지기를 원하는 모든 사람들에게 진심으로 추천합니다.

간단한 실린더 인 공명 공동을 쉽게 만들어 봅시다. 잘린 원뿔을 완전히 대체하는 것은 아닙니다. 동의 할 것입니다.

이러한 공동의 Q 계수는 다음과 같습니다.

큐 = \frac{2 π 에프 \cdot \frac{μ}{2} \int_{V} H^{2} 디 V}{\frac{아르 자형}{2} \oint_{에스} H_{티}^{2} 디 에스}

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

나는 이미 가슴 앓이를 가지고 있기 때문에 어떤 엔지니어가 할 일을하고 훨씬 간단한 근사치를 대신 사용할 것입니다! 공진 공동이 Q의 크기를 갖는 것을 보여줄 수있다 :

큐 ≅ \frac{2}{δ} \cdot \frac{V}{ㅏ}

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

$\delta$

지금까지 10,000에서 100,000 사이와 같이 Q가 7000보다 높은 구리로 간단한 원통형 캐비티를 만드는 것이 분명해졌습니다. 7000은 실제로 사진의 구멍과 같은 구멍에 대해 비정상적으로 낮은 것 같습니다. 피부 깊이가 높으면 표면의 매끄러움과 결함이 문제가되므로 내부의 표면 품질이 고르지 않으면 Q가 크게 떨어질 수 있습니다.

어쨌든, 여기에 묻지 않은 질문에 대답하기 위해, 이것은이 일이 어떻게 추력을 만들어 내는지에 대한 것입니다. 열의 불균일 한 복사로 인해 예상되는 추력에 대해 정확히 적절한 크기 인 것 같습니다 . 앞에서 설명한 기록에서 알 수 있습니다. 이로 인해 추력이 발생하고 진공 상태에서 작동합니다. 불행히도, 상대성 이론은 힘 당 추력에 대해 다소 우울한 제한을가합니다.

이 드라이브는 킬로와트 당 마이크로 뉴턴 이상을 생산하지 않습니다. 이것은 이용 가능한 공간 추진의 가장 비효율적이고 비실용적 인 수단, 반응 질량 또는 불허를 만든다. 그리고 그것은 나아지지 않을 것입니다. 적어도 그것이 내가 그린 결론이지만, 나는 틀린 것으로 입증되고 싶습니다.

— 메타 콜린
소스

Q에 대한 훌륭한 분석 및 지원 링크는 제안한 바와 같이 진공에서 플래쉬 라이트의 불균일 한 방사 또는 광자 방출로 인한 예상 추력을 3.3uN / kw로 정당화합니다. 그러나 NASA의 진공 측정 결과는 약 1 uN / watt 정도의 수십 배나 더 높습니다.

— Brian Drummond

이것은 매우 흥미로운 답변이며 링크를 보는 데 시간이 좀 걸릴 것입니다. 원통형 캐비티의 Q에 대한 방정식의 경우, 우주선과 관련이없는 사이트에 대한 별도의 링크 (응답 내)를 추가 할 수 있습니까? 편리한 전자 레인지 텍스트가 없습니다. 당신은 옳습니다-이 질문의 목적을 위해 크기 추정치가 괜찮습니다. 감사!

— uhoh

참고 : 이제 Greg Egan 사이트를 소개 했으므로 이번 주 남은 시간 동안의 생산성이 저하 될 수 있습니다. cf gregegan.net/SCIENCE/Bearings/Bearings.html

— uhoh

@Brian Drummond hmmm, 측정 된 추력이 예상되는 방사선 반응력보다 훨씬 큰 오래된 논쟁 인 ... Crookes 's radiometer. 미량 가스 또는 표면 오염 물질로 인한 "방 사계 힘"인공물을 제거하는 것은 특히 표면 온도가 다른 경우에 사소한 것이 아닙니다. 라이트 밀의 패들보다 훨씬 높습니다. 극도로 단단한 진공조차도 충분하지 않을 수 있습니다. 초 청정 UHV 챔버의 전문가는 아마도 그것을 할 수는 있지만, 지진이 많은 지구 궤도 환경에 잘 청소하고 테스트하기 전에 몇 주 동안 가스를 배출하는 것이 좋습니다.

— wbeaty

@wbeaty ... 그렇습니다. 관측 된 현상이 가스 방출 인 경우 가스 배출 반응 질량이 소비됨에 따라 추력이 감소 할 것으로 예상 할 수 있습니다. 우리는 NASA 실험자들이 이미 그 가설을 조사하지 않았다고 믿기 힘들다는 것을 알 수있을 것입니다.

— Brian Drummond