O artigo Medição do impulso impulsivo de uma cavidade de radiofreqüência fechada no vácuo (H. White et al., J. Propulsion & Power, novembro de 2016, http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) refere-se a uma cavidade de cobre de formato incomum com uma ressonância de cerca de 1,94 GHz. Isso é descrito na seção citada abaixo. (leitura adicional: /space/tagged/emdrive )
A Fig. 4 sugere que o Q desta cavidade é superior a 7.000 (7E + 03). Tanto quanto posso dizer, não há sugestão de um revestimento extraordinariamente condutor no interior do cobre.
Minha pergunta é sobre o Q extremamente alto. Acho que entre aqueles com experiência com cavidades ressonantes de cobre ~ GHz deve ser capaz de responder a isso com base na experiência, sem que seja muito baseado em opiniões. Poderia ser razoavelmente esperado que uma cavidade de RF de cobre como essa tivesse um Q> 7000?
Estou curioso - com uma unidade de 50W, qual seria a ordem dos campos elétricos de magnitude dentro? kV / m? MV / m? Posso interromper isso como uma pergunta separada, se necessário.
Um exemplo de algo próximo na configuração e Q poderia ser a base de um "sim" e um exemplo de qualquer coisa próxima na configuração, altamente otimizado, e nem mesmo próximo de Q poderia ser a base de uma resposta "não".
B. Artigo de teste
O artigo de teste de ressonância de RF é um frustum de cobre com um diâmetro interno de 27,9 cm na extremidade grande, um diâmetro interno de 15,9 cm na extremidade pequena e um comprimento axial de 22,9 cm. O artigo de teste contém um disco de polietileno com 5,4 cm de espessura e 15,6 cm de diâmetro externo, que é montado na face interna da extremidade de menor diâmetro do frustum. Uma antena de loop de 13,5 mm de diâmetro aciona o sistema no modo TM212 a 1937 MHz. Como não há soluções analíticas para os modos ressonantes de um cone truncado, o uso do termo TM212 descreve um modo com dois nós na direção axial e quatro nós na direção azimutal. Uma pequena antena chicote fornece feedback ao sistema PLL (Phase-Locked Loop). A Figura 3 fornece um diagrama de blocos dos principais elementos do artigo de teste.
acima: Figura 4 daqui . Clique com o botão direito do mouse para abrir em uma janela separada e exibir claramente em tamanho real ou no link original.
acima: "Fig. 14 Configuração da montagem de empuxo frontal (o dissipador de calor é um item de aleta preto entre o artigo de teste e o amplificador)." daqui
acima: "Fig. 17 Configuração de montagem de impulso nulo, b) vista de lado" daqui
Respostas:
O truque para obter uma boa cavidade ressonante de microondas Q é ter um bom condutor, um acabamento suave, alinhamento preciso, acoplamento leve do sinal de entrada e captação microfônica limitada.
O design da imagem parece ter sido limitado pelos microfones e depois retrabalhado para eliminá-los. Por exemplo, ele usa um dissipador de calor grande em vez de um ventilador. Também parece que o alinhamento seria uma tarefa real!
A especificação Q carregada para o ressonador de cilindro dividido da Keysight é> 20.000 a 10 GHz. Se você olhar para uma das metades do ressonador, verá-se no acabamento da superfície do espelho. O ressonador é banhado a ouro e diamante de precisão girado . As peças parecem tão boas que usaram plástico transparente para as capas dos instrumentos! Muito incomum para equipamentos da Keysight.
Aqui estão mais informações básicas sobre o ressonador de cilindro dividido, caso alguém esteja interessado:
O alinhamento é feito com uma montagem cinemática, semelhante à forma como um espelho do telescópio é ajustado. As metades do ressonador podem ser ajustadas para frente e para trás, mantendo o alinhamento. Uma amostra de medição é colocada no espaço. A amostra altera o Q e a frequência ressonante do ressonador. Isso, junto com um analisador de rede, permite a medição da constante e perda dielétrica da amostra. A precisão da medição dielétrica depende de um ressonador de alto Q.
Aqui estão os detalhes sobre o acabamento superficial da folha de dados: "Os cilindros são revestidos com diamante de precisão Al 6061-T6 banhados com 0,5 μm Cu, 0,25 μm PdNi e 2,0 μm Au."
Divulgação completa: estou falando por mim, não pela Keysight, mesmo trabalhando lá.
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O cálculo da energia armazenada em uma cavidade cônica truncada não é trivial e requer a integração dos campos magnéticos transversais e elétricos transversais, calculados para uma determinada geometria usando as equações de Maxwell. Como fazer isso está além do escopo desta pergunta, mas há um excelente passo a passo e um conjunto de soluções de equações diferenciais para um cone esférico truncado (não exatamente o mesmo, mas próximo o suficiente) aqui . De fato, a página inteira é apenas uma maravilhosa redação sobre esse tópico e eu recomendo vivamente a qualquer pessoa interessada em se sujar com a matemática.
Vamos fazer uma fácil, uma cavidade ressonante que é um cilindro simples. Não é um substituto completamente terrível para um cone truncado, acho que você concorda.
O fator Q para essa cavidade é:
e eu já tenho azia, então vou fazer o que qualquer engenheiro faria e usar a aproximação muito mais simples! Pode-se mostrar que uma cavidade ressonante terá um Q na ordem de magnitude de:
Deveria estar claro agora que a criação de uma cavidade cilíndrica simples de cobre com um Q bem acima de 7000, mais ou menos entre 10.000 e 100.000. O 7000, na verdade, parece incomumente baixo para uma cavidade com o formato das fotos. Na profundidade da pele, a suavidade da superfície e as imperfeições se tornam uma preocupação; portanto, se a qualidade da superfície for ruim, isso poderá causar uma queda significativa do Q.
Enfim, para responder à pergunta não feita aqui, que é como essa coisa produz impulso ... bem, não é de todo anamoloso. Parece ser exatamente a magnitude certa para o impulso esperado devido à radiação desigual do calor , como pode ser visto pela redação que liguei anteriormente. Isso produz empuxo e funcionará no vácuo. Infelizmente, a relatividade impõe um limite bastante deprimente no impulso por potência.
Essa unidade nunca produzirá mais do que micronewtons por killowatt. Isso o torna o meio mais ineficiente e impraticável de propulsão espacial disponível, massa de reação ou não. E não vai melhorar. Pelo menos, essa é a conclusão que tirei, mas adoraria provar que estou errado.
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