Dlaczego reflektor na tej antenie fal milimetrowych obraca się?

Wideo WIRED na YouTube Wewnątrz misji Facebooka do przesłania Internetu za pośrednictwem drona słonecznego i artykuł W pierwszych próbach Facebooka do deszczu Internet z nieba pokazuje antenę antenową (zaczynającą się po godzinie 02:00) z czymś, co wygląda jak wtórny reflektor Cassegraina. Kontekst filmu i artykułu sugeruje, że służy on do testowania łącza w górę / w dół danych fali milimetrowej w paśmie E do samolotu (około 60 do 90 GHz zgodnie z artykułem lub 5 do 3 milimetrów długości fali).

Zauważyłem, że wtórne lustro wiruje. Obserwując kołysanie i sprawdzanie pojedynczych klatek, wydaje się obracać co najmniej 4 obroty na sekundę. Może być znacznie szybszy, a aliasing sprawia, że ​​wygląda tak wolno.

Nie mogę wymyślić żadnego powodu, dla którego miałoby się to zmienić. Obraca się wokół osi optycznej, więc nie przełącza się między pierwotnym a wtórnym położeniem klaksonu.

Dlaczego reflektor na tej antenie fal milimetrowych obraca się?

powyżej: GIF wykonany z wyodrębnionych i przyciętych klatek z tego wideo WIRED na YouTube .

powyżej: Kliknij prawym przyciskiem myszy, aby powiększyć; Stacja naziemna do przesyłania danych fal milimetrowych z samolotów, z WIRED . Kredyt fotograficzny Damon Casarez.

Z tego, co mogę powiedzieć, jest to stożkowa antena skanująca. Z mojego ograniczonego zrozumienia, umożliwia precyzyjne celowanie szerszą wiązką.

Źródło obrazu Wikimedia Commons

Dzięki świetnej odpowiedzi @ GrantTrebbin na rozwiązanie zagadki oraz wnikliwemu wyjaśnieniu i kontekstowi @Russell McMahon dodam tutaj trochę dodatkowych informacji.

Teraz, gdy dowiedziałem się, jak to się nazywa i do czego służy, czytałem dalej. W przypadku stożkowego skanowania sieci kosmicznej NASA lub CONSCAN, jak to nazywają, ma długą historię, poczynając od lat 70. XX wieku, kiedy planowano i uruchamiano sondy kosmiczne.

Od Deep Space Network; 302, Pozycjonowanie anteny :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN jest dostępny we wszystkich antenach 70 i 34 m. Polega ona na wykonaniu skanowania kołowego (jak widać na statku kosmicznym) z centrum w przewidywanej pozycji źródła i promieniem, który zmniejsza poziom odbieranego sygnału o niewielką ilość, zwykle 0,1 dB ...

Dla anteny 34-metrowej w paśmie X wartość ta wynosi 6 mdeg, a dla anteny 70-metrowej w paśmie X wynosi 3 mdeg.

a mdeg oznacza mili stopni.

Poniżej znajdują się zdjęcia jednego z 70-metrowych teleskopów Deep Space Network do rozmów z kosmicznym statkiem kosmicznym. Ten jest w kompleksie Goldstone. Na podstawie względnych rozmiarów obrazu zwierciadło wtórne ma średnicę zbliżoną do 8 metrów. Biorąc pod uwagę wielkość i masę wtórnego ( są to schody dla ludzi na każdej nodze , a czerwone linie w naczyniu są „bezpiecznymi ścieżkami do chodzenia”), opracowano inne, bardziej zaawansowane techniki skanowania elektronicznego, ale koncepcja jest podobnie.

powyżej: kredyt fotograficzny JPMajor , creative commons CC BY-NC-SA 2.0.

powyżej: From commons.wikimedia.org .

Inne odpowiedzi są przydatne do stwierdzenia, po co jest system i do czego ogólnie służy, ale żadne nie wyjaśnia, jak działa. Chociaż dla niektórych może to być intuicyjne, dla wszystkich prawdopodobnie nie jest to oczywiste.

Wyjaśnienie znajduje się na stronie Wikipedia Conical Scanning , którą cytował Keity McClary - streszczę to tutaj.

Na tym obrazie GIF opublikowanym przez Granta Trebbina cel jest poza osią, a obracające się „lustro” służy do zamiatania punktu skupienia głównego talerza w poprzek odebranego sygnału maksymalnie w pewnym punkcie obrotu. Kąt obrotu wirującego lustra przy maksimum sygnału daje bezpośrednie wskazanie kierunku pozaosiowego celu. Płyta główna jest następnie przesuwana przez serwomechanizmy w celu wyśrodkowania odebranego sygnału, dzięki czemu sygnał ma ciągłe maksimum.

Szerokość zeskanowanego obrazu wynosi zwykle około 2 stopnie łuku, a mechanizm korekcji błędów włączony w powyższym procesie pozwala na wyrównanie do typowo 0,1 stopnia łuku.

Interesujące jest to, że Facebook stosuje tę technikę, ponieważ jest to bardzo stara technika, która w większości przypadków została zastąpiona elektronicznym sterowaniem wiązką i tworzeniem płatów.

NIEMIECKI WW2 Wurzburg radar używany skanowanie stożkową do greatltimprove dokładnością. Prace nad systemem rozpoczęto w 1935 r. Przy minimalnym zainteresowaniu ze strony władz. Początkowa dokładność zasięgu w 1936 r. Wynosząca 50 m na 5 km nie była odpowiednia do tego celu (kładzenie broni), ale do 1938 r. Została zwiększona do 25 metrów na 29 km. Wyrównanie osiowe początkowo polegało na maksymalizacji siły sygnału i ręcznym ustawieniu czaszy (!) Za pomocą reflektorów i wiązek podczerwieni w celu wspomagania (!!), a następnie systemu 2-płatowego z operatorem używającym wyświetlacza „oscyloskopu” (skanowanie mózgu) w celu określenia wymaganej zmiany wyrównania a następnie prawdziwy skan stożkowy w 1941 r.

Wirzburg „Quirl” (trzepaczka) wirujące lustro 25 Hz.

Mówią:

• Würzburg D został wprowadzony w 1941 r. I dodał stożkowy system skanujący, wykorzystujący przesunięty odbiornik o nazwie Quirl (niem. Dla trzepaczki), który wirował przy 25 Hz. Otrzymany sygnał został nieznacznie przesunięty względem linii środkowej anteny, obracając się wokół osi i zachodząc na nią w środku. Jeśli docelowy samolot znajdowałby się po jednej stronie osi anteny, siła sygnału wzrastałaby i zanikała w miarę przesuwania się przez nią wiązki, umożliwiając systemowi przesuwanie anteny w kierunku maksymalnego sygnału, a tym samym śledzenie celu. Rozdzielczość kątowa może być mniejsza niż szerokość wiązki anteny, co prowadzi do znacznie lepszej dokładności, rzędu 0,2 stopnia w azymucie i 0,3 stopnia w elewacji. Wcześniejsze przykłady były ogólnie uaktualniane do modelu D w terenie.

Gdy Niemcy wykonali wszystkie prace rozwojowe, brytyjscy komandosi przeprowadzili słynną operację „Bruneval Raid” Operation Biting w dniach 27–28 lutego 1942 r. I przeprowadzili kompletny system Wurzburg, działający (głupio, ale koniecznie) w pobliżu wybrzeża w Bruneval.

Skanowanie stożkowe zastosowano również w wysoce zaawansowanym radarowym automatycznym śledzeniu US SCR-584 .
Stożkową funkcję skanowania zaproponowano w 1940 r. - na długo przed nalotem na Bruneval.

Model 584 wykorzystał system skanowania stożkowego, aby zapewnić w pełni automatyczne śledzenie celu oraz wyszukiwanie i pozyskiwanie celu. Wdrożenie było przeznaczone na 1942 r., Ale problemy z rozwojem oznaczały, że nie był dostępny do 1944 r. - w samą porę do użycia przeciwko V1 „Doodlebugs”, które w połączeniu z zbliżonymi pociskami RADAR znacząco wpłynęły na wynik ataków V1 na Anglię.

• Skanowanie stożkowe zostało również przyjęte w 1941 r. Dla 10-centymetrowego radaru kierowania ogniem Marynarki Wojennej, 3 i zostało zastosowane w niemieckim radaru Würzburg w 1941 r. SCR-584 rozwinął ten system znacznie dalej i dodał tryb automatycznego śledzenia. [4 ] Gdy cel zostanie wykryty i znajdzie się w zasięgu, system automatycznie utrzyma radar skierowany na cel, napędzany przez silniki zamontowane w podstawie anteny. W celu wykrycia, w przeciwieństwie do śledzenia, system obejmował również tryb skanowania spiralnego, który pozwalał mu na wyszukiwanie samolotów. Ten tryb miał własny dedykowany wyświetlacz PPI dla łatwej interpretacji. W trybie tym antena została mechanicznie odwirowana przy 4 obrotach na minutę, podczas gdy była przesuwana w górę iw dół, aby skanować pionowo.

  System może działać na czterech częstotliwościach między 2700 a 2800 MHz (długość fali 10–11 cm), wysyłając 300 kW impulsów o długości 0,8 mikrosekundy z częstotliwością powtarzania impulsów (PRF) wynoszącą 1707 impulsów na sekundę. Potrafił wykryć cele wielkości bombowca w odległości około 40 mil i generalnie był w stanie automatycznie je śledzić w odległości około 18 mil. Dokładność w tym zakresie wynosiła 25 jardów w zakresie i 0,06 stopnia (1 milę) kąta namiaru anteny (patrz Tabela „Charakterystyka techniczna SCR-584”). Ponieważ szerokość wiązki elektrycznej wynosiła 4 stopnie (do -3db lub punktów połowy mocy), cel byłby rozmazany na części cylindra, aby był szerszy w łożysku niż w zakresie (tj. Rzędu 4 stopni, a nie 0,06 stopnia sugerowana przez mechaniczną dokładność wskazywania), dla odległych celów. Informacje o zasięgu były wyświetlane na dwóch „zakresach J”, podobnie jak w przypadku bardziej powszechnego wyświetlacza w linii A, ale ułożone w układzie radialnym dostosowanym do opóźnienia powrotu. Jeden z zakresów został zastosowany dla zakresu zgrubnego, drugi dla dokładnego.

Nie związane ze skanowaniem stożkowym, ale bardzo istotne dla jego optymalnego zastosowania, było zastosowanie brytyjskiego magnetronu wnękowego, szeroko stosowanego przez USA w 584 i innych radarach. Umożliwiło to zastosowanie znacznie wyższych poziomów mocy i znacznie wyższych częstotliwości.