क्या इस तरह से एक कॉपर RF कैविटी के कारण Q> 7000 होने की उम्मीद की जा सकती है?

Question

वैक्यूम में एक बंद रेडियो-फ्रीक्वेंसी कैविटी से आवेगपूर्ण जोर का पेपर माप (एच। व्हाइट एट अल, जे। प्रोपल्शन एंड पावर, नवंबर, 2016, http://dx.doi.org/10.2514/1.B36120 ) लगभग 1.94 गीगाहर्ट्ज़ पर एक अनुनाद के साथ एक असामान्य रूप से आकार का तांबा गुहा। यह नीचे उद्धृत भाग में वर्णित है। (आगे पढ़े: /space/tagged/emdrive )

अंजीर। 4 से पता चलता है कि इस गुहा का क्यू 7,000 (7 ई + 03) से अधिक है। जहां तक ​​मैं बता सकता हूं कि तांबे के अंदर असामान्य रूप से प्रवाहकीय कोटिंग का कोई सुझाव नहीं है।

मेरा प्रश्न अत्यंत उच्च प्रश्न के बारे में है। मुझे लगता है कि ~ गीगा प्रतिध्वनि वाले तांबे के गुहाओं वाले अनुभव के बीच अनुभव के आधार पर इसका उत्तर देने में सक्षम होना चाहिए, इसके बिना बहुत अधिक राय आधारित होना चाहिए। क्या इस तरह से एक कॉपर RF कैविटी के कारण Q> 7000 होने की उम्मीद की जा सकती है?

मैं जिज्ञासु हूं - 50W की ड्राइव के साथ, अंदर विद्युत क्षेत्रों का क्रम क्या होगा? केवी / मी? एमवी / मी? यदि आवश्यक हो तो मैं इसे एक अलग प्रश्न के रूप में तोड़ सकता हूं।

कॉन्फ़िगरेशन और क्यू में कुछ भी बंद होने का एक उदाहरण "हाँ" का आधार हो सकता है और कॉन्फ़िगरेशन में नज़दीकी किसी भी चीज़ का एक उदाहरण, अत्यधिक अनुकूलित, और क्यू में भी बंद नहीं होने का एक "नहीं" उत्तर का आधार हो सकता है।

बी। टेस्ट अनुच्छेद

आरएफ अनुनाद परीक्षण लेख 27.9 सेमी के एक आंतरिक व्यास के साथ एक तांबे का मैल है, जो छोटे छोर पर 15.9 सेमी का आंतरिक व्यास और 22.9 सेमी की अक्षीय लंबाई है। परीक्षण लेख में 5.4.6 सेंटीमीटर मोटी डिस्क होती है जिसमें 15.6 सेमी का बाहरी व्यास होता है जो कि फ्रुम के छोटे व्यास के अंत के चेहरे पर लगाया जाता है। एक 13.5-mm-diam लूप एंटीना सिस्टम को 1937 मेगाहर्ट्ज पर TM212 मोड में चलाता है। क्योंकि काटे गए शंकु के गुंजयमान साधनों के लिए कोई विश्लेषणात्मक समाधान नहीं हैं, TM212 शब्द का उपयोग अक्षीय दिशा में दो नोड्स और अजीमुथल दिशा में चार नोड्स के साथ एक मोड का वर्णन करता है। एक छोटा व्हिप एंटीना चरण-बंद लूप (पीएलएल) प्रणाली को प्रतिक्रिया प्रदान करता है। चित्रा 3 परीक्षण लेख के प्रमुख तत्वों का एक ब्लॉक आरेख प्रदान करता है।

ऊपर: चित्र 4 यहाँ से । स्पष्ट रूप से पूर्ण आकार, या मूल लिंक को देखने के लिए एक अलग विंडो में खोलने के लिए राइट क्लिक करें।

ऊपर: "अंजीर। 14 फॉरवर्ड थ्रस्ट माउंटिंग कॉन्फिगरेशन (हीट सिंक ब्लैक फिनड्ड आइटम है टेस्ट टेस्ट और एम्पलीफायर के बीच)।" यहां से

ऊपर: "अंजीर। 17 अशक्त बढ़ते विन्यास, बी) की ओर से दृश्य" यहां से

Comments

यदि Q इतना अधिक है और आउटपुट थ्रस्ट (और संभवतः पावर) इतना कम है, तो कॉपर बकेट के अंत में एक खूनी महान बड़ा हीटसिंक क्यों है? सारी शक्ति कहां जा रही है?

— एंडी उर्फ

@Andyaka कि एक सुंदर heatsink की तरह लग रहा है का उपयोग करने के लिए जहां संवहन चल रहा है। शर्म की बात है कि वे इसे एक वैक्यूम में उपयोग कर रहे हैं।

— एंड्रयू मोर्टन

@Andyaka मुझे लगता है कि हीट इलेक्ट्रॉनिक्स ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स पर है, न कि गुंजयमान यंत्र। काफी यह एक निर्वात में क्या करता है!

— ब्रायन ड्रमंड

Answer 1

अच्छा माइक्रोवेव गुंजयमान-गुहा क्यू प्राप्त करने की चाल एक अच्छा कंडक्टर, एक चिकनी खत्म, सटीक संरेखण, इनपुट सिग्नल के हल्के युग्मन और सीमित माइक्रोफ़ोनिक पिकअप है।

तस्वीर में डिज़ाइन ऐसा लगता है कि यह माइक्रोफ़ाइनिक्स द्वारा सीमित किया गया हो सकता है, और फिर उन्हें खत्म करने के लिए फिर से काम किया गया। उदाहरण के लिए, यह एक प्रशंसक के बजाय एक बड़े हीट सिंक का उपयोग करता है। यह भी ऐसा लगता है कि संरेखण एक असली घर का काम होगा!

Keysight Split Cylinder Resonator के लिए लोड किया गया Q विनिर्देशन > 10 GHz पर 20,000 है। यदि आप प्रतिध्वनि में से एक में दिखते हैं, तो आप अपने आप को दर्पण सतह खत्म में देखेंगे। गुंजयमान यंत्र सोना मढ़वाया गया है और सटीक हीरा निकला है । भागों इतने अच्छे लगते हैं कि उन्होंने इंस्ट्रूमेंट कवर के लिए स्पष्ट प्लास्टिक का इस्तेमाल किया! Keysight गियर के लिए बहुत ही असामान्य है।

अगर किसी को दिलचस्पी है, तो स्प्लिट सिलिंडर रेज़ोनेटर के बारे में अधिक जानकारी यहाँ दी गई है:

संरेखण एक कैनेमैटिक माउंट के साथ किया जाता है, एक दूरबीन दर्पण के समान कैसे समायोजित किया जाता है। संरेखण को बनाए रखते हुए रेज़ोनेटर हाफ़ को आगे और पीछे समायोजित किया जा सकता है। एक माप नमूना अंतराल में रखा गया है। नमूना गुंजयमान यंत्र के क्यू और गुंजयमान आवृत्ति को बदलता है। यह, एक नेटवर्क विश्लेषक के साथ, नमूना ढांकता हुआ निरंतर और हानि के मापन को सक्षम करता है। ढांकता हुआ माप की सटीकता एक उच्च क्यू गुंजयमान यंत्र पर निर्भर करती है।

यहां डेटाशीट से सतह के खत्म होने की बारीकियां बताई गई हैं : "सिलिंडर्स सटीक डायमंड हैं, जो अल 6061-टी 6 0.5 माइक्रोन क्यूई, 0.25 माइक्रोन पीडीएनआई, और 2.0 माइक्रोन एयू के साथ चढ़ाया गया है।"

पूर्ण प्रकटीकरण: मैं खुद के लिए बोल रहा हूं, न कि केसाइट, भले ही मैं वहां काम कर रहा हूं।

Comments

यह उत्तर बहुत उपयोगी है, क्योंकि आपने बहुत सारी व्यावहारिक पृष्ठभूमि की जानकारी दी है। यह देखते हुए कि प्रश्न कहता है कि "कॉन्फ़िगरेशन और क्यू में किसी भी चीज का एक उदाहरण एक 'हां' का आधार हो सकता है ..." और बस यही आप यहां दिखा रहे हैं, मैं मान सकता हूं कि यह एक उचित अपेक्षा है, बशर्ते कि कोई जानता हो एक क्या कर रहा है । धन्यवाद!

— उहोह

Keysight की तरह लगता है कि Nasa को बेहतर बनाने के लिए एक बेहतर पेशकश करने की पेशकश करनी चाहिए, अगर Q जोर को बेहतर बनाता है ...

— ब्रायन Drummond

नोट: इस एप्लिकेशन में गुहा और आरएफ स्रोत बहुत संवेदनशील संतुलन के शीर्ष पर बैठे हैं, और सूक्ष्म न्यूटन बलों का अनुमान लगाया जा रहा है, इसलिए मुझे लगता है कि एक प्रशंसक को शुरुआत से बाहर रखा जाएगा। कागज के शीर्षक पर भी विचार करें: " वैक्यूम में एक बंद रेडियो-आवृत्ति गुहा से आवेगी जोर का मापन "

— उहोह

कीस रेज़ोनेटर NIST द्वारा किए गए शोध पर आधारित हैं, nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/TN/nbstechnicalnote1354.pdf देखें । NIST से यह अनिश्चितता विश्लेषण उत्पाद विकास के लिए उपयोगी था। इनमें से एक चुनौती ऐसी आकृतियों को डिजाइन करना है, जिन्हें यंत्रवत् रूप से महान परिशुद्धता के लिए मापा जा सकता है, ताकि यांत्रिक माप अनिश्चितता मॉडल के माध्यम से माइक्रोवेव प्रदर्शन की भविष्यवाणी में संबंधित हो सकें। यह माइक्रोवेव अंशांकन और सत्यापन मानकों का आधार है।

— टॉम एंडरसन

Answer 2

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

एक काटे गए शंक्वाकार गुहा में संग्रहीत ऊर्जा की गणना करना nontrivial है, और मैक्सवेल के समीकरणों का उपयोग करके किसी दिए गए ज्यामिति के लिए गणना की गई अनुप्रस्थ चुंबकीय और अनुप्रस्थ विद्युत क्षेत्रों को एकीकृत करने की आवश्यकता होती है। कैसे ऐसा करने के लिए इस सवाल का के दायरे से बाहर है, लेकिन वहाँ एक छोटा गोलाकार शंकु (काफी यह रूप में एक ही है, लेकिन बंद नहीं पर्याप्त) के लिए अंतर समीकरण का एक बहुत अच्छा पूर्वाभ्यास और समाधान सेट है यहाँ । वास्तव में, वह पूरा पृष्ठ इस विषय पर सिर्फ एक अद्भुत लेखन है और मैं इसे गणित के साथ गंदा होने में रुचि रखने वाले किसी व्यक्ति को दिल से सुझाता हूं।

चलो बस एक आसान, एक गुंजयमान गुहा है जो एक साधारण सिलेंडर है। मुझे लगता है कि आप सहमत होंगे, यह पूरी तरह से भयानक विकल्प नहीं है।

इस तरह के गुहा के लिए क्यू कारक है:

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

और मेरे पास पहले से ही नाराज़गी है इसलिए मैं ऐसा करने जा रहा हूं जो कोई भी इंजीनियर करेगा और इसके बजाय बहुत सरल सन्निकटन का उपयोग करेगा! एक दिखा सकता है कि एक गुंजयमान गुहा में एक क्यू होगा जो परिमाण के क्रम में है:

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

$\delta$

यह अब तक स्पष्ट होना चाहिए कि 7000 से अधिक क्यू के साथ तांबे के बाहर एक सरल बेलनाकार गुहा का निर्माण, 10,000 और 100,000 के बीच की तरह। 7000 वास्तव में फोटो में एक की तरह गुहा के आकार के लिए असामान्य रूप से कम लगता है। त्वचा की गहराई पर वे सतह की चिकनाई और खराबी एक चिंता का विषय बन जाते हैं, इसलिए यदि अंदर की सतह की गुणवत्ता भद्दा है, तो यह क्यू को काफी गिरा सकता है।

वैसे भी, यहां बिना पूछे गए सवाल का जवाब देने के लिए, कि यह बात किस तरह जोर देती है .... अच्छा, यह बिलकुल भी नहीं है। यह ऊष्मा के असमान विकिरण के कारण अपेक्षित थ्रस्ट के लिए बिल्कुल सही परिमाण प्रतीत होता है , जैसा कि पहले लिखे गए लिंक से देखा जा सकता है। यह जोर का उत्पादन करता है, और यह एक वैक्यूम में काम करेगा। दुर्भाग्य से, सापेक्षता जोर प्रति शक्ति पर बल्कि निराशाजनक सीमा को लागू करता है।

यह ड्राइव कभी भी मारकवाट प्रति माइक्रोनवेटन से अधिक उत्पादन नहीं करेगा। यह इसे अंतरिक्ष प्रणोदन उपलब्ध, प्रतिक्रिया जन या नहीं का सबसे अक्षम और अव्यवहारिक साधन बनाता है। और यह बेहतर नहीं होगा। कम से कम, यह निष्कर्ष मैंने निकाला है, लेकिन मैं गलत साबित होना पसंद करूंगा।

Comments

क्यू पर अच्छा विश्लेषण, और समर्थन लिंक असमान विकिरण के कारण अपेक्षित जोर को सही ठहराता है - या वैक्यूम में टॉर्च से फोटॉन उत्सर्जन - 3.3uN / kw के रूप में - जैसा कि आप सुझाव देते हैं। लेकिन नासा द्वारा निर्वात में मापे गए माप में परिमाण के आदेश अधिक हैं - लगभग 1 यूएन / वाट।

— ब्रायन ड्रमंड

यह एक बहुत ही दिलचस्प जवाब है, और मुझे लिंक को देखने के लिए कुछ समय लगेगा। एक बेलनाकार गुहा के क्यू के लिए समीकरण के लिए, क्या आप एक गैर-अंतरिक्ष यान-संबंधित साइट के लिए एक अतिरिक्त, अलग लिंक (उत्तर के भीतर) जोड़ सकते हैं? मेरे पास कोई माइक्रोवेव पाठ नहीं है। आप सही हैं - इस प्रश्न के प्रयोजनों के लिए परिमाण के अनुमान ठीक हैं। धन्यवाद!

— उहोह

साइड नोट: अब जब आपने मुझे ग्रेग एगन साइट (एस) में पेश किया है, तो बाकी के सप्ताह के लिए मेरी उत्पादकता शायद गोली मार दी गई है। cf gregegan.net/SCIENCE/Bearings/Bearings.html

— uhoh

@ ब्रायन ड्रमंड हम्म, एक पुराना, पुराना विवाद जहां मापा गया थ्रस्ट अपेक्षित विकिरण प्रतिक्रिया बल की तुलना में कहीं अधिक था ... क्रुक का रेडियोमीटर। ट्रेस गैस या सतह संदूषकों के कारण होने वाली "रेडियोमीटर बल" विरूपण कला को खत्म करना गैर-तुच्छ है, खासकर अगर सतह अस्थायी भिन्न हो। प्रकाश-चक्की में पैडल की तुलना में कहीं अधिक है। यहां तक ​​कि अत्यंत कठिन वैक्यूम भी पर्याप्त नहीं हो सकता है। अल्ट्रा-क्लीन, यूएचवी चैंबर्स में एक विशेषज्ञ शायद यह कर सकता है, लेकिन बेहतर होगा कि लानत वाली चीज़ को उच्च पृथ्वी-कक्षा के वातावरण में डाल दिया जाए, अच्छी तरह से साफ किया जाए, और इसे परीक्षण से पहले हफ्तों तक बाहर रहने दें।

— विमी

@wbeaty ... हाँ, अगर देखी गई घटना अतिरंजित है, तो जोर से गिरावट की उम्मीद की जा सकती है क्योंकि बड़े पैमाने पर प्रतिक्रिया की खपत होती है। हम देखेंगे ... हालांकि मुझे विश्वास करना मुश्किल होगा कि नासा के प्रयोगकर्ताओं ने पहले ही उस परिकल्पना की जांच नहीं की है।

— ब्रायन ड्रमंड