Peut-on raisonnablement s'attendre à ce qu'une cavité RF en cuivre comme celle-ci ait un Q> 7000?

Le document Measurement of Impulsive Thrust from a Closed Radio-Frequency Cavity in Vacuum (H. White et al, J.Propulsion & Power, novembre 2016, http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) fait référence à une cavité en cuivre de forme inhabituelle avec une résonance à environ 1,94 GHz. Ceci est décrit dans la section citée ci-dessous. (lecture supplémentaire: /space/tagged/emdrive )

La figure 4 suggère que le Q de cette cavité est supérieur à 7 000 (7E + 03). Pour autant que je sache, rien ne suggère un revêtement inhabituellement conducteur à l'intérieur du cuivre.

Ma question porte sur le Q. extrêmement élevé. Je pense que parmi ceux qui ont une expérience avec les cavités en cuivre résonant à ~ GHz devraient être en mesure de répondre à cela sur la base de l'expérience, sans que ce soit trop basé sur l'opinion. Peut-on raisonnablement s'attendre à ce qu'une cavité RF en cuivre comme celle-ci ait un Q> 7000?

Je suis curieux - avec un lecteur de 50W, quel serait l'ordre des champs électriques de magnitude à l'intérieur? kV / m? MV / m? Je peux interrompre cela en tant que question distincte si nécessaire.

Un exemple de quelque chose de proche dans la configuration et de Q pourrait être la base d'un "oui" et un exemple de quelque chose de proche dans la configuration, hautement optimisé, et même pas de proche dans Q pourrait être la base d'une réponse "non".

Article d'essai

L'article d'essai de résonance RF est un tronc de cuivre avec un diamètre intérieur de 27,9 cm sur la grande extrémité, un diamètre intérieur de 15,9 cm sur la petite extrémité et une longueur axiale de 22,9 cm. L'article d'essai contient un disque de polyéthylène de 5,4 cm d'épaisseur avec un diamètre extérieur de 15,6 cm qui est monté sur la face intérieure de l'extrémité de plus petit diamètre du tronc. Une antenne cadre de 13,5 mm de diamètre pilote le système en mode TM212 à 1937 MHz. Parce qu'il n'y a pas de solutions analytiques pour les modes résonants d'un cône tronqué, l'utilisation du terme TM212 décrit un mode avec deux nœuds dans la direction axiale et quatre nœuds dans la direction azimutale. Une petite antenne fouet fournit une rétroaction au système de boucle à verrouillage de phase (PLL). La figure 3 fournit un schéma de principe des principaux éléments de l'article de test.

ci-dessus: Figure 4 d'ici . Cliquez avec le bouton droit pour ouvrir dans une fenêtre séparée pour afficher clairement en taille réelle, ou afficher sur le lien d'origine.

ci-dessus: "Fig. 14 Configuration de montage à poussée avant (le dissipateur de chaleur est un élément à ailettes noires entre l'article de test et l'amplificateur)." d'ici

ci-dessus: "Fig. 17 Configuration de montage à poussée nulle, b) vue de côté" d'ici

L'astuce pour obtenir une bonne cavité résonante micro-ondes Q est d'avoir un bon conducteur, une finition lisse, un alignement précis, un couplage léger du signal d'entrée et un capteur microphonique limité.

Le design de l'image semble avoir été limité par la microphonie, puis retravaillé pour les éliminer. Par exemple, il utilise un grand dissipateur thermique au lieu d'un ventilateur. Il semble également que l'alignement serait une véritable corvée!

La spécification Q chargée pour le résonateur à cylindre divisé Keysight est> 20 000 à 10 GHz. Si vous regardez dans l'une des moitiés du résonateur, vous vous verrez dans la finition de la surface du miroir. Le résonateur est plaqué or et tourné au diamant de précision . Les pièces sont si belles qu'elles ont utilisé du plastique transparent pour les couvercles d'instruments! Très inhabituel pour l'équipement Keysight.

Voici plus d'informations sur le résonateur à cylindre divisé, au cas où quelqu'un serait intéressé:

L'alignement se fait avec une monture cinématique, similaire à la façon dont un miroir de télescope est ajusté. Les moitiés de résonateur peuvent ensuite être ajustées d'avant en arrière, tout en maintenant l'alignement. Un échantillon de mesure est placé dans l'espace. L'échantillon modifie le Q et la fréquence de résonance du résonateur. Ceci, avec un analyseur de réseau, permet de mesurer la constante diélectrique et la perte de l'échantillon. La précision de la mesure diélectrique repose sur la présence d'un résonateur à Q élevé.

Voici les détails sur la finition de surface de la fiche technique: "Les cylindres sont des diamants de précision tournés Al 6061-T6 plaqués avec 0,5 μm Cu, 0,25 μm PdNi et 2,0 μm Au."

Divulgation complète: je parle pour moi, pas pour Keysight, même si j'y travaille.

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

Le calcul de l'énergie stockée dans une cavité conique tronquée n'est pas trivial et nécessite l'intégration des champs magnétiques transverses et électriques transversaux, calculés pour une géométrie donnée à l'aide des équations de Maxwell. Comment le faire est au-delà de la portée de cette question, mais il existe un excellent ensemble de solutions et d'équations différentielles pour un cône sphérique tronqué (pas tout à fait le même que celui-ci, mais assez proche) ici . En fait, cette page entière n'est qu'un merveilleux article sur ce sujet et je le recommande chaleureusement à toute personne intéressée à se salir avec les mathématiques.

Faisons simplement un simple, une cavité résonante qui est un simple cylindre. Ce n'est pas un substitut complètement terrible pour un cône tronqué, je pense que vous seriez d'accord.

Le facteur Q pour une telle cavité est:

et j'ai déjà des brûlures d'estomac donc je vais faire ce que n'importe quel ingénieur ferait et utiliser l'approximation beaucoup plus simple à la place! On peut montrer qu'une cavité résonante aura un Q qui est de l'ordre de grandeur de:

$\delta$ est la profondeur de peau à la fréquence de résonance en question, et V et A est le volume et la surface de la cavité. En d'autres termes, le rapport entre le volume d'une cavité et la surface va définir une plage assez étroite de facteurs Q qu'une cavité, quelle que soit la géométrie exacte, peut éventuellement avoir.

Il devrait maintenant être évident que la création d'une simple cavité cylindrique en cuivre avec un Q bien supérieur à 7000, plus comme entre 10 000 et 100 000. 7000 semble en fait inhabituellement bas pour une cavité en forme comme celle sur les photos. À la profondeur de la peau où ils se trouvent, la douceur de la surface et les imperfections deviennent une préoccupation, donc si la qualité de la surface à l'intérieur est minable, cela pourrait entraîner une baisse significative du Q.

Quoi qu'il en soit, pour répondre à la question non posée ici, qui est de savoir comment cette chose produit une poussée ... eh bien, ce n'est pas du tout anamoleux. Il semble que ce soit exactement la bonne amplitude pour la poussée attendue en raison d'un rayonnement de chaleur inégal , comme le montre l'écriture que j'ai reliée plus tôt. Cela produit une poussée et cela fonctionnera dans le vide. Malheureusement, la relativité impose une limite plutôt déprimante sur la poussée par puissance.

Ce lecteur ne produira jamais plus de micronewtons par killowatt. Cela en fait le moyen de propulsion spatiale le plus inefficace et le moins pratique disponible, masse de réaction ou non. Et ça ne s'améliorera pas. C'est du moins la conclusion que j'ai tirée, mais j'aimerais bien me tromper.