Pourquoi le réflecteur de cette antenne à ondes millimétriques tourne-t-il?

La vidéo YouTube WIRED Inside Facebook's Quest to Beam the Internet Via Solar Drone et l'article Inside Facebook's First Efforts to Rain Internet from the Sky montrent une antenne parabolique (commençant après 02h00) avec ce qui ressemble à un réflecteur secondaire Cassegrain. Le contexte de la vidéo et de l'article suggère qu'il s'agit de tester la liaison ascendante / descendante de données en ondes millimétriques de la bande E vers un avion (environ 60 à 90 GHz selon l'article, ou 5 à 3 millimètres de longueur d'onde).

J'ai remarqué que le miroir secondaire tourne. En regardant l'oscillation et en vérifiant les images individuelles, il semble tourner au moins 4 tours par seconde. Il pourrait être beaucoup plus rapide et l'aliasing le rendrait si lent.

Je ne vois aucune raison pour laquelle cela tournerait. Il tourne autour de l'axe optique, donc il ne bascule pas entre les emplacements des cornes primaires et secondaires.

Pourquoi le réflecteur de cette antenne à ondes millimétriques tourne-t-il?

ci-dessus: GIF à partir d'images extraites et recadrées de cette vidéo YouTube WIRED .

ci - dessus: cliquez avec le bouton droit pour agrandir l'image; Station au sol pour les données à ondes millimétriques reliées aux aéronefs, de WIRED . Crédit photo Damon Casarez.

D'après ce que je peux dire, c'est une antenne à balayage conique. De ma compréhension limitée, il permet un ciblage précis avec un faisceau plus large.

Source de l'image Wikimedia Commons

Merci à l' excellente réponse de @ GrantTrebbin pour résoudre le mystère et à l' explication et au contexte perspicaces de @Russell McMahon , j'ajouterai ici quelques informations supplémentaires.

Maintenant que j'ai appris comment ça s'appelle et à quoi ça sert, j'ai lu plus loin. Dans le cas du balayage conique du réseau spatial profond de la NASA , ou CONSCAN comme ils l'appellent, la longue histoire remonte aux années 1970, lorsque des sondes spatiales étaient planifiées et lancées.

De Deep Space Network; 302, Positionnement de l'antenne :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN est disponible sur toutes les antennes de 70 m et 34 m. Il consiste à effectuer un balayage circulaire (comme vu en regardant le vaisseau spatial) avec le centre à la position de source prédite et un rayon qui réduit le niveau du signal reçu d'une petite quantité, typiquement 0,1 dB ...

Pour une antenne de 34 mètres en bande X, cette valeur est de 6 mdeg et pour une antenne de 70 mètres en bande X, elle est de 3 mdeg.

et mdeg signifie milli-degrés.

Vous trouverez ci-dessous des photos de l'un des télescopes du réseau spatial profond de 70 mètres pour parler à un vaisseau spatial lointain. Celui-ci est dans le complexe Goldstone. D'après les tailles relatives dans l'image, le miroir secondaire mesure près de 8 mètres de diamètre. Compte tenu de la taille et de la masse du secondaire ( ce sont des escaliers pour les humains sur chaque jambe , et les lignes rouges dans le plat sont des "chemins sûrs pour marcher"), d'autres techniques plus avancées de numérisation électronique ont été développées, mais le concept est le même.

ci-dessus: Crédit photo JPMajor , creative commons CC BY-NC-SA 2.0.

ci-dessus: De commons.wikimedia.org .

Les autres réponses sont bonnes pour indiquer à quoi sert le système et ce qu'il accomplit en termes généraux, mais aucune n'explique comment il fonctionne. Bien que cela puisse être intuitif pour certains, ce n'est probablement pas évident pour tous.

L'explication est donnée dans la page Wikipedia Conical Scanning que Keity McClary a citée - je vais la résumer ici.

Dans cette image GIF publiée par Grant Trebbin, la cible est hors axe et le "miroir" rotatif sert à balayer le point focal de la parabole principale à travers le signal reçu au maximum à un certain point de sa rotation. L'angle de rotation du miroir tournant au maximum du signal donne une indication directe de la direction hors axe de la cible. La parabole principale est ensuite déplacée par des servomoteurs pour centrer le signal reçu de sorte que le signal soit à un maximum continu.

La largeur de l'image numérisée est généralement d'environ 2 degrés d'arc et le mécanisme de correction d'erreurs activé par le processus ci-dessus permet un alignement sur généralement 0,1 degré d'arc.

Il est intéressant que Facebook utilise cette technique car elle est très ancienne et a été remplacée dans la plupart des cas par des systèmes électroniques de direction de faisceau et de formation de lobes.

Le radar allemand Wurzburg de la Seconde Guerre mondiale a utilisé le balayage conique pour améliorer la précision. Les travaux sur le système ont commencé en 1935 avec un intérêt minimal manifesté par les autorités. La précision initiale de la portée en 1936 de 50 m à 5 kilomètres n'était pas adéquate à cet effet (pose d'armes à feu), mais en 1938, elle avait été améliorée à 25 mètres à 29 kilomètres. L'alignement axial était initialement par la maximisation de la force du signal et le positionnement manuel de la parabole (!) Avec des projecteurs et des faisceaux infrarouges pour aider (!!), puis un système à 2 lobes avec un opérateur utilisant un écran "oscilloscope" (balayage du cerveau) pour déterminer le changement d'alignement requis puis véritable balayage conique en 1941.

Wirzburg "Quirl" (fouet) Miroir rotatif 25 Hz.

Ils disent:

• Le Würzburg D a été introduit en 1941 et a ajouté un système de balayage conique, utilisant une alimentation de récepteur offset appelée Quirl (allemand pour fouet) qui tournait à 25 Hz. Le signal résultant était légèrement décalé par rapport à la ligne médiane de la parabole, tournant autour de l'axe et se chevauchant au centre. Si l'avion cible se trouvait d'un côté de l'axe de l'antenne, la force du signal augmenterait et s'effacerait lorsque le faisceau le traverserait, permettant au système de déplacer la parabole dans la direction du signal maximum et de suivre ainsi la cible. La résolution angulaire pourrait être rendue plus petite que la largeur du faisceau de l'antenne, conduisant à une précision bien meilleure, de l'ordre de 0,2 degré en azimut et 0,3 degré en élévation. Les exemples antérieurs ont généralement été mis à niveau vers le modèle D sur le terrain.

Une fois que les Allemands eurent fait tout le travail de développement, les commandos britanniques montèrent l'opération fameuse "Bruneval raid" Opération Biting du 27 au 28 février 1942 et emportèrent un système complet de Wurzburg qui fonctionnait (stupidement mais nécessairement) près de la côte à Bruneval.

Le balayage conique a également été utilisé dans le RADAR de poursuite automatique US SCR-584 très avancé .
La fonction de balayage conique a été proposée en 1940 - bien avant le raid Bruneval.

Le 584 a utilisé le système de balayage conique pour fournir un suivi et une recherche et une acquisition de cible entièrement automatiques. Le déploiement était prévu pour 1942 mais les problèmes de développement signifiaient qu'il n'était pas disponible avant 1944 - juste à temps pour une utilisation contre les "Doodlebugs" V1 qui, en conjonction avec des obus RADAR fondus de proximité, ont fait une différence significative pour le résultat des attaques V1 sur l'Angleterre.

• Balayage Conique a également été adopté en 1941 pour 10 cm système radar de contrôle de tir de la Marine, 3 et il a été utilisé dans le radar Würzburg allemand en 1941. Le SCR-584 a développé le système beaucoup plus loin, et a ajouté un mode de suivi automatique. [4 ] Une fois que la cible a été détectée et qu'elle est à portée, le système maintient automatiquement le radar pointé sur la cible, entraîné par des moteurs montés dans la base de l'antenne. Pour la détection, par opposition au suivi, le système comprenait également un mode de balayage hélicoïdal qui lui permettait de rechercher des avions. Ce mode avait son propre affichage PPI dédié pour une interprétation facile. Lorsqu'elle est utilisée dans ce mode, l'antenne tourne mécaniquement à 4 tr / min tandis qu'elle est poussée de haut en bas pour balayer verticalement.

  Le système pourrait fonctionner à quatre fréquences comprises entre 2 700 et 2 800 MHz (longueur d'onde de 10 à 11 cm), émettant des impulsions de 300 kW d'une durée de 0,8 microsecondes avec une fréquence de répétition d'impulsions (PRF) de 1 707 impulsions par seconde. Il pouvait détecter des cibles de la taille d'un bombardier à une portée d'environ 40 milles et était généralement capable de les suivre automatiquement à environ 18 milles. La précision dans cette plage était de 25 mètres et de 0,06 degrés (1 mil) dans l'angle de relèvement de l'antenne (voir le tableau "Caractéristiques techniques du SCR-584"). Étant donné que la largeur du faisceau électrique était de 4 degrés (jusqu'aux points -3 dB ou demi-puissance), la cible serait étalée sur une partie d'un cylindre, de manière à avoir un roulement plus large que sa portée (c'est-à-dire de l'ordre de 4 degrés, au lieu de 0,06 degrés sous-entendu par la précision de pointage mécanique), pour les cibles éloignées. Les informations de portée étaient affichées sur deux "J-scopes", similaires à l'affichage A-line le plus courant, mais disposées selon un motif radial synchronisé avec le retard de retour. Une lunette a été utilisée pour la plage grossière, l'autre pour la plage fine.

Le magnétron à cavité inventé par les Britanniques, largement utilisé par les États-Unis dans le 584 et d'autres RADAR, n'était pas lié au balayage conique, mais très pertinent pour son application optimale. Cela a permis d'utiliser des niveaux de puissance bien plus élevés et des fréquences beaucoup plus élevées.