Mengapa reflektor pada antena gelombang milimeter berputar?

Video YouTube WIRED Di dalam Facebook Quest to Beam Internet Melalui Solar Drone dan artikel Di dalam Upaya Facebook Pertama untuk Menghancurkan Internet dari Sky menunjukkan antena parabola (mulai setelah 02:00) dengan apa yang tampak seperti reflektor sekunder Cassegrain. Konteks video dan artikel menyarankannya untuk menguji data gelombang naik / turun milimeter E-band ke pesawat terbang (sekitar 60 hingga 90 GHz menurut artikel, atau 5 hingga 3 milimeter panjang gelombang).

Saya perhatikan bahwa cermin kedua sedang berputar. Dengan menonton goyangan dan memeriksa masing-masing frame tampaknya memutar setidaknya 4 putaran per detik. Bisa jadi lebih cepat dan aliasing membuatnya terlihat lambat.

Saya tidak bisa memikirkan alasan mengapa ini akan berubah. Ini berputar tentang sumbu optik, sehingga tidak beralih antara lokasi tanduk primer dan sekunder.

Mengapa reflektor pada antena gelombang milimeter berputar?

di atas: GIF dibuat dari bingkai yang diekstraksi dan dipotong dari video YouTube WIRED ini .

di atas: Klik kanan untuk tampilan yang lebih besar; Stasiun darat untuk data gelombang milimeter yang menghubungkan ke pesawat, dari WIRED . Kredit foto Damon Casarez.

Dari apa yang saya tahu itu adalah antena pemindai berbentuk kerucut. Dari pemahaman saya yang terbatas, ini memungkinkan penargetan yang tepat dengan sorotan yang lebih luas.

Sumber Gambar Wikimedia Commons

Terima kasih kepada @ GrantTrebbin jawaban hebat untuk memecahkan misteri, dan penjelasan dan konteks yang mendalam @Russell McMahon , saya akan menambahkan sedikit informasi tambahan di sini.

Sekarang saya telah belajar apa namanya dan untuk apa, saya telah membaca lebih lanjut. Dalam kasus pemindaian kerucut Jaringan Luar Angkasa NASA , atau yang mereka sebut CONSCAN, sejarahnya panjang, dimulai pada tahun 1970-an ketika pesawat antariksa sedang direncanakan dan diluncurkan.

Dari Deep Space Network; 302, Penempatan Antena :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN tersedia di semua antena 70-m dan 34-m. Ini terdiri dari melakukan pemindaian melingkar (seperti yang terlihat melihat pesawat ruang angkasa) dengan pusat pada posisi sumber yang diprediksi dan radius yang mengurangi tingkat sinyal yang diterima dengan jumlah kecil, biasanya 0,1 dB ...

Untuk antena 34-meter di X-band, nilai ini adalah 6 mdeg dan untuk antena 70-meter di X-band adalah 3 mdeg.

dan mdeg berarti mili-derajat.

Di bawah ini adalah foto dari salah satu teleskop Jaringan Luar Angkasa 70 meter untuk berbicara dengan pesawat ruang angkasa dalam. Yang ini ada di kompleks Goldstone. Dari ukuran relatif pada gambar, cermin sekunder berdiameter hampir 8 meter. Mempertimbangkan ukuran dan massa sekunder ( itu adalah tangga untuk manusia di setiap kaki , dan garis merah di piring adalah "jalur aman untuk berjalan"), teknik lain yang lebih canggih untuk memindai secara elektronik telah dikembangkan, tetapi konsepnya adalah sama.

di atas: Foto kredit JPMajor , creative commons CC BY-NC-SA 2.0.

di atas: Dari commons.wikimedia.org .

Jawaban lain baik untuk menyatakan untuk apa sistem itu dan apa yang dicapai secara umum tetapi tidak ada yang menjelaskan cara kerjanya. Meskipun ini mungkin intuitif untuk beberapa hal, mungkin tidak jelas bagi semua.

Penjelasannya diberikan di halaman Pemindaian Kerucut Wikipedia yang dikutip Keity McClary - saya akan meringkasnya di sini.

Dalam gambar GIF ini yang diposting oleh Grant Trebbin, targetnya adalah mati sumbu dan "cermin" berputar berfungsi untuk menyapu titik fokus piringan utama melintasi sinyal yang diterima secara maksimal pada titik tertentu dalam rotasi. Sudut rotasi cermin pemintalan pada sinyal maksimum memberikan indikasi langsung dari arah sumbu off target. Piringan utama kemudian digerakkan oleh mekanisme servo untuk memusatkan sinyal yang diterima sehingga sinyal berada pada maksimum terus menerus.

Lebar gambar yang dipindai biasanya sekitar 2 derajat busur dan mekanisme koreksi kesalahan diaktifkan oleh proses di atas memungkinkan penyelarasan untuk biasanya 0,1 derajat busur.

Sangat menarik bahwa Facebook menggunakan teknik ini karena ini adalah teknik yang sangat tua yang dalam banyak kasus telah digantikan oleh kemudi berkas elektronik dan sistem pembentukan lobus.

The JERMAN WW2 Würzburg radar digunakan scanning kerucut untuk akurasi greatltimprove. Bekerja pada sistem dimulai pada tahun 1935 dengan bunga minimal yang ditunjukkan oleh pihak berwenang. Akurasi jangkauan awal pada tahun 1936 dari 50m pada 5 kilometer tidak memadai untuk tujuan (gun laying) tetapi pada tahun 1938 telah ditingkatkan menjadi 25 meter pada 29 kilometer. Penjajaran aksial awalnya dengan pemaksimalan kekuatan sinyal dan posisi antena manual (!) Dengan lampu sorot dan sinar IR untuk membantu (!!), kemudian sistem 2 lobus dengan operator yang menggunakan tampilan "osiloskop" (pemindaian otak) untuk menentukan perubahan penyelarasan yang diperlukan. dan kemudian pemindaian kerucut benar pada tahun 1941.

Wirzburg "Quirl" (mengocok) cermin berputar Hz.

Mereka bilang:

• Würzburg D diperkenalkan pada tahun 1941 dan menambahkan sistem pemindai berbentuk kerucut, menggunakan umpan penerima offset yang disebut Quirl (bahasa Jerman untuk pengocok) yang berputar pada 25Hz. Sinyal yang dihasilkan sedikit diimbangi dari garis tengah piringan, berputar di sekitar sumbu dan tumpang tindih di tengah. Jika pesawat target berada di satu sisi sumbu antena, kekuatan sinyal akan tumbuh dan memudar ketika sinar menyapu, memungkinkan sistem untuk memindahkan antena ke arah sinyal maksimum dan dengan demikian melacak target. Resolusi sudut dapat dibuat lebih kecil dari lebar balok antena, yang mengarah ke akurasi yang jauh lebih baik, pada urutan 0,2 derajat di azimuth dan 0,3 derajat di ketinggian. Contoh sebelumnya umumnya ditingkatkan ke model D di lapangan.

Setelah Jerman melakukan semua pekerjaan pengembangan, Komando Inggris memasang Operasi Penggilingan "Bruneval" famois pada 27-28 Februari 1942 dan membawa sistem Wurzburg lengkap yang beroperasi (bodoh tapi perlu) di dekat pantai di Bruneval.

Pemindaian kerucut juga digunakan dalam RADAR pelacakan otomatis AS SCR-584 yang sangat canggih .
Fitur pemindaian kerucut diusulkan pada tahun 1940 - jauh sebelum serangan Bruneval.

The 584 menggunakan sistem pemindai berbentuk kerucut untuk menyediakan pelacakan target sepenuhnya otomatis dan pencarian target dan akuisisi. Penyebaran dimaksudkan untuk 1942 tetapi masalah pengembangan berarti itu tidak tersedia sampai 1944 - tepat pada waktunya untuk digunakan melawan "Doodlebugs" V1 yang dalam hubungannya dengan kedekatan kerang RADAR menyatu membuat perbedaan yang signifikan terhadap hasil serangan V1 di Inggris.

• Pemindaian kerucut juga diadopsi pada tahun 1941 untuk sistem radar kontrol-api 10 cm Angkatan Laut, 3 dan digunakan dalam radar Würzburg Jerman pada tahun 1941. SCR-584 mengembangkan sistem lebih jauh, dan menambahkan mode pelacakan otomatis. [4 ] Begitu target telah terdeteksi dan berada dalam jangkauan, sistem akan menjaga radar menunjuk ke target secara otomatis, digerakkan oleh motor yang dipasang di pangkalan antena. Untuk deteksi, tidak seperti pelacakan, sistem juga menyertakan mode pemindaian heliks yang memungkinkannya untuk mencari pesawat. Mode ini memiliki tampilan PPI khusus untuk interpretasi yang mudah. Ketika digunakan dalam mode ini, antena dipintal secara mekanis pada 4 rpm sementara didorong ke atas dan ke bawah untuk memindai secara vertikal.

  Sistem ini dapat dioperasikan pada empat frekuensi antara 2.700 dan 2.800 MHz (10-11 cm panjang gelombang), mengirimkan 300 kW pulsa 0,8 mikrodetik dalam durasi dengan frekuensi pengulangan pulsa (PRF) dari 1,707 pulsa per detik. Itu bisa mendeteksi target seukuran bomber pada jarak sekitar 40 mil, dan umumnya dapat secara otomatis melacak mereka di sekitar 18 mil. Akurasi dalam kisaran ini adalah 25 meter dalam jangkauan, dan 0,06 derajat (1 mil) pada sudut bantalan antena (Lihat Tabel "Karakteristik Teknis SCR-584"). Karena lebar sinar listrik adalah 4 derajat (ke -3db atau setengah daya poin), target akan dioleskan di sebagian silinder, sehingga menjadi lebih luas dalam bantalan daripada dalam jangkauan (yaitu, pada urutan 4 derajat, bukan 0,06 derajat yang tersirat oleh akurasi penunjuk mekanik), untuk target yang jauh. Informasi jangkauan ditampilkan pada dua "J-scopes", mirip dengan tampilan A-line yang lebih umum, tetapi disusun dalam pola radial yang disesuaikan dengan waktu keterlambatan pengembalian. Satu ruang lingkup digunakan untuk rentang kasar, yang lain untuk denda.

Tidak terkait dengan pemindaian kerucut tetapi sangat relevan dengan aplikasi optimalnya adalah penggunaan magnetron rongga yang ditemukan Inggris, yang digunakan secara luas oleh AS pada 584 dan RADAR lainnya. Ini memungkinkan tingkat daya yang jauh lebih tinggi dan frekuensi yang lebih tinggi untuk digunakan.