Warum dreht sich der Reflektor dieser Millimeterwellenantenne?

Das WIRED-YouTube-Video Inside Facebooks Streben, das Internet über eine Solardrohne zu strahlen, und der Artikel Inside Facebooks erste Bemühungen, das Internet vom Himmel zu regnen, zeigen eine Antennenschüssel (ab 02:00 Uhr) mit einem Cassegrain-Sekundärreflektor. Der Kontext des Videos und des Artikels legt nahe, dass es zum Testen der E-Band-Millimeterwellendaten aufwärts / abwärts zu einem Flugzeug dient (etwa 60 bis 90 GHz gemäß dem Artikel oder 5 bis 3 Millimeter Wellenlänge).

Mir ist aufgefallen, dass sich der Sekundärspiegel dreht. Wenn man das Wackeln beobachtet und einzelne Bilder überprüft, scheint es sich mit mindestens 4 Umdrehungen pro Sekunde zu drehen. Es könnte viel schneller sein und Aliasing lässt es so langsam aussehen.

Ich kann mir keinen Grund vorstellen, warum sich dies ändern würde. Es dreht sich um die optische Achse, sodass nicht zwischen primären und sekundären Hornpositionen gewechselt wird.

Warum dreht sich der Reflektor dieser Millimeterwellenantenne?

oben: GIF aus extrahierten und beschnittenen Frames aus diesem WIRED YouTube-Video .

oben: Rechtsklick für größere Ansicht; Bodenstation für die Verbindung von Millimeterwellendaten mit Flugzeugen von WIRED . Bildnachweis Damon Casarez.

Soweit ich weiß, handelt es sich um eine konische Scanantenne. Nach meinem begrenzten Verständnis ermöglicht es ein präzises Zielen mit einem breiteren Strahl.

Bildquelle Wikimedia Commons

Vielen Dank an @ GrantTrebbin großartigen Antwort für die Lösung des Rätsels und der aufschlussreichen Erklärung und des aufschlussreichen Kontexts McMahon füge ich hier einige ergänzende Informationen hinzu.

Nachdem ich gelernt habe, wie es heißt und wofür es ist, habe ich weiter gelesen. Im Falle des konischen Scannens im Deep Space Network der NASA oder CONSCAN, wie sie es nennen, hat die Geschichte eine lange, angefangen in den 1970er Jahren, als Deep Space-Sonden geplant und gestartet wurden.

Von Deep Space Network; 302, Antennenpositionierung :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN ist für alle 70-m- und 34-m-Antennen verfügbar. Es besteht aus einem kreisförmigen Scan (beim Betrachten des Raumfahrzeugs) mit der Mitte an der vorhergesagten Quellenposition und einem Radius, der den Empfangssignalpegel um einen kleinen Betrag, typischerweise 0,1 dB, verringert.

Für eine 34-Meter-Antenne im X-Band beträgt dieser Wert 6 mdeg und für eine 70-Meter-Antenne im X-Band 3 mdeg.

und mdeg steht für milli-degrees.

Unten sind Fotos von einem der 70-Meter- Deep-Space-Network- Teleskope zu sehen, mit denen Sie mit Raumfahrzeugen im Weltraum sprechen können. Dieser ist im Goldstone-Komplex. Ausgehend von den relativen Größen im Bild hat der Sekundärspiegel einen Durchmesser von fast 8 Metern. In Anbetracht der Größe und Masse des Sekundärteils (dies sind Treppen für Menschen an jedem Bein und die roten Linien in der Schale sind "sichere Wege zum Gehen") wurden andere fortgeschrittenere Techniken zum elektronischen Scannen entwickelt, aber das Konzept ist das gleich.

oben: Photo credit JPMajor , 2.0 Creative Commons CC BY-NC-SA.

oben: Von commons.wikimedia.org .

Andere Antworten geben Aufschluss darüber, wofür das System gedacht ist und was es im Allgemeinen erreicht, erklären jedoch nicht, wie es funktioniert. Während dies für einige intuitiv sein mag, ist es wahrscheinlich nicht für alle offensichtlich.

Die Erklärung finden Sie in der Wikipedia Conical Scanning Seite zum , die Keity McClary zitiert hat - ich fasse sie hier zusammen.

In diesem GIF-Bild, das Grant Trebbin gepostet hat, befindet sich das Ziel außerhalb der Achse und der sich drehende "Spiegel" dient dazu, den Fokuspunkt der Hauptschüssel an einem bestimmten Punkt seiner Drehung maximal über das empfangene Signal zu bewegen. Der Drehwinkel des sich drehenden Spiegels am Signalmaximum gibt einen direkten Hinweis auf die Richtung außerhalb der Achse des Ziels. Das Hauptgericht wird dann durch Servomechanismen bewegt, um das empfangene Signal so zu zentrieren, dass das Signal ein kontinuierliches Maximum aufweist.

Die Breite des gescannten Bildes beträgt typischerweise etwa 2 Bogengrade, und der durch den obigen Prozess aktivierte Fehlerkorrekturmechanismus ermöglicht die Ausrichtung auf typischerweise 0,1 Bogengrade.

Es ist interessant, dass Facebook diese Technik einsetzt, da es sich um eine sehr alte Technik handelt, die in den meisten Fällen durch elektronische Strahllenkungs- und Keulenbildungssysteme ersetzt wurde.

Das DEUTSCHE Würzburger Radar aus dem 2. Weltkrieg verwendete konische Abtastung, um die Genauigkeit zu verbessern. Die Arbeiten an dem System begannen im Jahr 1935 mit minimalem Interesse seitens der Behörden. Die anfängliche Entfernungsgenauigkeit von 50 m bei 5 km im Jahr 1936 reichte für den Zweck (Waffenlegen) nicht aus, war aber bis 1938 auf 25 m bei 29 km verbessert worden. Die axiale Ausrichtung erfolgte zunächst durch Signalstärkemaximierung und manuelle Positionierung der Schüssel (!) Mit Suchscheinwerfern und IR-Strahlen zur Unterstützung (!!), dann über ein 2-Keulensystem mit einem Bediener unter Verwendung eines "Oszilloskop" -Displays (Gehirnabtastung), um die erforderliche Ausrichtungsänderung zu bestimmen und dann echte konische Abtastung im Jahr 1941.

Wirzburg "Quirl" (Schneebesen) 25 Hz Drehspiegel.

Man sagt:

• Der Würzburg D wurde 1941 eingeführt und mit einem konischen Abtastsystem ausgestattet, das einen mit 25 Hz rotierenden Quirl-Empfänger verwendet. Das resultierende Signal war leicht von der Mittellinie der Schale versetzt, drehte sich um die Achse und überlappte diese in der Mitte. Wenn sich das Zielflugzeug auf einer Seite der Antennenachse befindet, wird die Signalstärke größer und schwächer, wenn der Strahl darüber streicht. Dadurch kann das System die Schüssel in Richtung des maximalen Signals bewegen und das Ziel verfolgen. Die Winkelauflösung könnte kleiner als die Strahlbreite der Antenne gemacht werden, was zu einer stark verbesserten Genauigkeit in der Größenordnung von 0,2 Grad im Azimut und 0,3 Grad in der Höhe führt. Frühere Beispiele wurden im Allgemeinen vor Ort auf das D-Modell aufgerüstet.

Nachdem die Deutschen alle Entwicklungsarbeiten erledigt hatten, bestiegen britische Kommandos die berühmte "Bruneval Raid" -Operation Biting Februar 1942 und brachten ein vollständiges Würzburger System mit, das (dumm, aber notwendig) in Küstennähe bei Bruneval operierte.

Das konische Scannen wurde auch im hochentwickelten automatischen Verfolgungs-RADAR SCR-584 der USA verwendet .
Die konische Scanfunktion wurde 1940 - lange vor dem Überfall auf Bruneval - vorgeschlagen.

Der 584 verwendete das konische Scan-System, um eine vollautomatische Zielverfolgung sowie eine Zielsuche und -erfassung zu ermöglichen. Der Einsatz war für 1942 vorgesehen, aber aufgrund von Entwicklungsproblemen war er erst 1944 verfügbar - gerade rechtzeitig für den Einsatz gegen die "Doodlebugs" der V1, die in Verbindung mit benachbarten verschmolzenen RADAR-Granaten einen signifikanten Unterschied zum Ergebnis der V1-Attacken auf England ausmachten.

• Die konische Abtastung wurde 1941 auch für das 10-cm-Feuerleitradarsystem der Marine 3 übernommen und 1941 für das deutsche Würzburger Radar verwendet. Der SCR-584 entwickelte das System weiter und fügte einen automatischen Verfolgungsmodus hinzu. [4] ] Sobald das Ziel erkannt worden war und sich in Reichweite befand, hielt das System das Radar automatisch auf das Ziel gerichtet, angetrieben von Motoren, die in der Basis der Antenne montiert waren. Im Gegensatz zur Verfolgung enthielt das System zur Erkennung auch einen Helix-Scan-Modus, mit dem nach Flugzeugen gesucht werden konnte. Dieser Modus hatte ein eigenes PPI-Display zur einfachen Interpretation. Bei Verwendung in diesem Modus wurde die Antenne mechanisch mit 4 U / min gedreht, während sie nach oben und unten gedrückt wurde, um vertikal zu scannen.

  Das System könnte bei vier Frequenzen zwischen 2.700 und 2.800 MHz (10–11 cm Wellenlänge) betrieben werden und 300 kW-Impulse mit einer Dauer von 0,8 Mikrosekunden mit einer Impulswiederholungsfrequenz (PRF) von 1.707 Impulsen pro Sekunde aussenden. Es konnte bombergroße Ziele in einer Entfernung von ungefähr 60 Kilometern erkennen und war im Allgemeinen in der Lage, sie automatisch in einer Entfernung von ungefähr 30 Kilometern zu verfolgen. Die Genauigkeit in diesem Bereich betrug 25 Meter und der Antennenwinkel 0,06 Grad (1 mil) (siehe Tabelle "Technische Daten SCR-584"). Da die Breite des elektrischen Strahls 4 Grad betrug (zu den -3 dB- oder Halbwertspunkten), wurde das Ziel über einen Teil eines Zylinders verschmiert, um eine größere Peilung als im Bereich zu haben (dh in der Größenordnung von 4) Grad anstelle von 0,06 Grad (impliziert durch die mechanische Richtgenauigkeit) für entfernte Ziele. Die Bereichsinformationen wurden auf zwei "J-Scopes" angezeigt, die der allgemeineren A-Line-Anzeige ähnelten, jedoch in einem radialen Muster angeordnet waren, das auf die Rücklaufverzögerung abgestimmt war. Ein Zielfernrohr wurde für den groben Bereich verwendet, das andere für den feinen Bereich.

Nicht mit dem konischen Scannen verwandt, aber für seine optimale Anwendung von großer Bedeutung war die Verwendung des von Großbritannien erfundenen Hohlraummagnetrons, das in den USA in 584 und anderen RADARs weit verbreitet war. Dies ermöglichte die Verwendung von viel höheren Leistungspegeln und viel höheren Frequenzen.