Warum dreht sich der Reflektor dieser Millimeterwellenantenne?

Soweit ich das beurteilen kann, ist es eine konische Abtastantenne. Nach meinem begrenzten Verständnis ermöglicht es ein präzises Zielen mit einem breiteren Strahl.

Bildquelle Wikimedia Commons

Dank der großartigen Antwort von @GrantTrebbin zur Lösung des Rätsels und der aufschlussreichen Erklärung und des Kontexts von @Russell McMahon werde ich hier ein paar zusätzliche Informationen hinzufügen.

Jetzt, wo ich weiß, wie es heißt und wofür es ist, habe ich weiter gelesen. Im Fall des Deep Space Network der NASA hat das konische Scannen oder CONSCAN, wie es genannt wird, eine lange Geschichte, die in den 1970er Jahren begann, als Weltraumsonden geplant und gestartet wurden.

Vom Deep Space Network; 302, Antennenpositionierung :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN ist für alle 70-m- und 34-m-Antennen verfügbar. Es besteht aus der Durchführung eines kreisförmigen Scans (mit Blick auf das Raumfahrzeug) mit dem Mittelpunkt an der vorhergesagten Quellenposition und einem Radius, der den empfangenen Signalpegel um einen kleinen Betrag reduziert, typischerweise 0,1 dB ...

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

und mdeg steht für Milligrad.

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

oben: Bildnachweis JPMajor , creative commons CC BY-NC-SA 2.0.

oben: Von commons.wikimedia.org .

Andere Antworten sind gut, um anzugeben, wofür das System dient und was es allgemein erreicht, aber keine erklärt, wie es funktioniert. Während dies für einige intuitiv sein mag, ist es wahrscheinlich nicht für alle offensichtlich.

Die Erklärung findet sich auf der von Keity McClary zitierten Wikipedia-Seite zum Conical Scanning - ich fasse sie hier zusammen.

In diesem GIF-Bild, das Grant Trebbin gepostet hat, ist das Ziel außeraxial und der rotierende "Spiegel" dient dazu, den Fokuspunkt der Hauptschüssel maximal an einem bestimmten Punkt seiner Drehung über das empfangene Signal zu schwenken. Der Drehwinkel des sich drehenden Spiegels beim Signalmaximum gibt einen direkten Hinweis auf die außeraxiale Richtung des Ziels. Die Hauptschüssel wird dann durch Servomechanismen bewegt, um das empfangene Signal zu zentrieren, so dass das Signal auf einem kontinuierlichen Maximum ist.

Die Breite des gescannten Bildes beträgt typischerweise etwa 2 Bogengrad, und der Fehlerkorrekturmechanismus, der durch das obige Verfahren ermöglicht wird, ermöglicht eine Ausrichtung auf typischerweise 0,1 Bogengrad.

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

Das DEUTSCHE Würzburg-Radar aus dem 2. Weltkrieg verwendete konische Abtastung, um die Genauigkeit zu verbessern. Die Arbeiten an dem System begannen 1935 mit minimalem Interesse der Behörden. Die anfängliche Entfernungsgenauigkeit im Jahr 1936 von 50 m auf 5 km war für den Zweck (Waffenverlegung) nicht ausreichend, wurde aber bis 1938 auf 25 m auf 29 km verbessert. Die axiale Ausrichtung erfolgte zunächst durch Signalstärkemaximierung und manuelle Schüsselpositionierung (!) mit Suchscheinwerfern und IR-Strahlen zur Unterstützung (!!), dann ein 2-Keulen-System mit einem Bediener, der eine "Oszilloskop" -Anzeige (Gehirnscan) verwendete, um die erforderliche Ausrichtungsänderung zu bestimmen und dann echtes konisches Scannen im Jahr 1941.

Wirzburg "Quirl" (Schneebesen) 25 Hz Drehspiegel.

Sie sagen:

• Der Würzburg D wurde 1941 eingeführt und fügte ein konisches Abtastsystem hinzu, das einen Offset-Empfänger-Feed namens Quirl (deutsch für Schneebesen) verwendete, der sich mit 25 Hz drehte. Das resultierende Signal war leicht von der Mittellinie der Schüssel versetzt, drehte sich um die Achse und überlappte sie in der Mitte. Wenn sich das Zielflugzeug auf einer Seite der Antennenachse befand, würde die Stärke des Signals zunehmen und schwächer werden, wenn der Strahl darüber hinwegfegte, wodurch das System die Schüssel in Richtung des maximalen Signals bewegen und dadurch das Ziel verfolgen könnte. Die Winkelauflösung könnte kleiner gemacht werden als die Strahlbreite der Antenne, 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 auf das D-Modell im Feld aufgerüstet.

Nachdem die Deutschen die gesamte Entwicklungsarbeit geleistet hatten, starteten britische Kommandos am 27. und 28. Februar 1942 die berühmte "Bruneval raid" Operation Biting und verschleppten ein komplettes Würzburger System, das (dummerweise, aber notwendigerweise) in der Nähe der Küste bei Bruneval operierte.

Konisches Scannen wurde auch im hochentwickelten US SCR-584 Automatic Tracking RADAR verwendet .
Die konische Scanfunktion wurde 1940 vorgeschlagen – lange vor dem Überfall auf Bruneval.

Der 584 verwendete das konische Scansystem, um eine vollautomatische Zielverfolgung sowie Zielsuche und -erfassung bereitzustellen. Der Einsatz war für 1942 vorgesehen, aber aufgrund von Entwicklungsproblemen stand es erst 1944 zur Verfügung - gerade rechtzeitig für den Einsatz gegen die V1 "Doodlebugs", die in Verbindung mit Näherungs-Radargranaten einen erheblichen Unterschied zum Ergebnis der V1-Angriffe auf England ausmachten.

• Die konische Abtastung wurde 1941 auch für das 10-cm-Feuerleitradarsystem der Marine übernommen 3 und 1941 im deutschen Würzburger Radar verwendet. Der SCR-584 entwickelte das System viel weiter und fügte einen automatischen Verfolgungsmodus hinzu ] Sobald das Ziel erkannt wurde 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. Zur Erkennung, im Gegensatz zur Verfolgung, enthielt das System auch einen spiralförmigen Scanmodus, der es ihm ermöglichte, nach Flugzeugen zu suchen. Dieser Modus hatte eine eigene dedizierte PPI-Anzeige zur einfachen Interpretation. Bei Verwendung in diesem Modus wurde die Antenne mechanisch mit 4 U/min gedreht, während sie auf und ab bewegt wurde, um vertikal zu scannen.

  Das System konnte mit 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 bombengroße Ziele in einer Entfernung von etwa 40 Meilen erkennen und war im Allgemeinen in der Lage, sie automatisch in einer Entfernung von etwa 18 Meilen zu verfolgen. Die Genauigkeit innerhalb dieses Bereichs betrug 25 Yards im Bereich und 0,06 Grad (1 mil) im Peilwinkel der Antenne (siehe Tabelle „Technische Eigenschaften des SCR-584“). Da die Breite des elektrischen Strahls 4 Grad betrug (bis zu den Punkten von -3 dB oder halber Leistung), würde das Ziel über einen Teil eines Zylinders verschmiert werden, so dass es in Peilung breiter als in Reichweite ist (d. h. in der Größenordnung von 4 Grad, anstatt 0,06 Grad, die durch die mechanische Zielgenauigkeit impliziert werden), für entfernte Ziele. Entfernungsinformationen wurden auf zwei "J-Scopes" angezeigt, ähnlich der üblicheren A-Linien-Anzeige, jedoch in einem radialen Muster angeordnet, das zeitlich auf die Rückkehrverzögerung abgestimmt war. Ein Zielfernrohr wurde für den Grobbereich verwendet, das andere für den Feinbereich.

Nicht mit dem konischen Scannen verwandt, aber höchst relevant für seine optimale Anwendung, war die Verwendung des von den Briten erfundenen Hohlraummagnetrons, das von den USA im 584 und anderen RADARs weit verbreitet ist. Dadurch konnten viel höhere Leistungspegel und viel höhere Frequenzen verwendet werden.