Почему рефлектор на этой антенне миллиметрового диапазона вращается?

Насколько я могу судить, это коническая сканирующая антенна. Насколько я понимаю, он позволяет точно наводиться с помощью более широкого луча.

Источник изображения Викисклад

Благодаря отличному ответу @GrantTrebbin за разгадку тайны, а также проницательному объяснению и контексту @Russell McMahon , я добавлю сюда небольшую дополнительную информацию.

Теперь, когда я узнал, как он называется и для чего он нужен, я стал читать дальше. В случае с сетью дальнего космоса НАСА коническое сканирование, или CONSCAN, как они его называют, имеет долгую историю, начиная с 1970-х годов, когда планировались и запускались зонды для дальнего космоса.

Из сети дальнего космоса; 302, Позиционирование антенны :

2.6.1 КОНСКАН

CONSCAN доступен на всех 70-метровых и 34-метровых антеннах. Он состоит из выполнения кругового сканирования (как видно из космического корабля) с центром в прогнозируемом положении источника и радиусом, который снижает уровень принимаемого сигнала на небольшую величину, обычно на 0,1 дБ...

Для 34-метровой антенны в Х-диапазоне это значение составляет 6 мград, а для 70-метровой антенны в Х-диапазоне — 3 мград.

а mdeg обозначает миллиградусы.

Ниже представлены фотографии одного из 70-метровых телескопов Deep Space Network для общения с космическими кораблями дальнего космоса. Этот находится в комплексе Голдстоун. Судя по относительным размерам на изображении, вторичное зеркало имеет диаметр около 8 метров. Принимая во внимание размер и массу вторичного ( это лестницы для людей на каждой ноге , а красные линии на тарелке — «безопасные пути для ходьбы»), были разработаны другие, более совершенные методы электронного сканирования, но концепция такова. тем же.

выше: Фото предоставлено JPMajor , Creative Commons CC BY-NC-SA 2.0.

выше: с сайта commons.wikimedia.org .

Другие ответы хороши для определения того, для чего предназначена система и чего она достигает в общих чертах, но ни один из них не объясняет, как она работает. Хотя это может быть интуитивно понятным для некоторых, это, вероятно, не очевидно для всех.

Объяснение дано на странице конического сканирования Википедии , которую цитирует Кейти Макклари — я кратко изложу его здесь.

На этом GIF-изображении, которое опубликовал Грант Треббин, цель находится вне оси, а вращающееся «зеркало» служит для максимального перемещения точки фокусировки главной тарелки по принимаемому сигналу в определенной точке его вращения. Угол поворота вращающегося зеркала в максимуме сигнала дает прямое указание на отклонение от оси цели. Затем главная тарелка перемещается с помощью сервомеханизмов, чтобы центрировать принимаемый сигнал, чтобы сигнал был на постоянном максимуме.

Ширина отсканированного изображения обычно составляет около 2 угловых градусов, а механизм исправления ошибок, активированный описанным выше процессом, позволяет выполнить выравнивание обычно до 0,1 углового градуса.

Интересно, что Facebook использует эту технику, поскольку она очень старая и в большинстве случаев заменена электронными системами управления лучом и формирования лепестков.

НЕМЕЦКИЙ радар Wurzburg времен Второй мировой войны использовал коническое сканирование для большей точности. Работа над системой началась в 1935 году при минимальном интересе со стороны властей. Первоначальная точность по дальности в 1936 г., составлявшая 50 м на 5 км, была недостаточной для цели (наводки орудия), но к 1938 г. она была улучшена до 25 метров на 29 км. Первоначально выравнивание по оси выполнялось путем максимизации уровня сигнала и ручного позиционирования антенны (!) с помощью прожекторов и ИК-лучей для помощи (!!), затем с помощью двухлепестковой системы с оператором, использующим дисплей «осциллограф» (сканирование мозга) для определения необходимого изменения выравнивания. а затем истинное коническое сканирование в 1941 году.

Wirzburg "Quirl" (венчик) Вращающееся зеркало 25 Гц.

Они говорят:

• Würzburg D был представлен в 1941 году и добавил систему конического сканирования с использованием смещения приемника, называемого Quirl (по-немецки венчик), который вращался с частотой 25 Гц. Полученный сигнал был немного смещен от осевой линии антенны, вращался вокруг оси и перекрывал ее в центре. Если бы самолет-цель находился по одну сторону от оси антенны, сила сигнала нарастала бы и ослабевала по мере того, как луч проходил бы по нему, позволяя системе перемещать антенну в направлении максимального сигнала и тем самым отслеживать цель. Угловое разрешение можно было бы сделать меньше ширины луча антенны, что привело бы к значительному повышению точности, порядка 0,2 градуса по азимуту и ​​0,3 градуса по углу места. Более ранние образцы обычно модернизировались до модели D в полевых условиях.

После того, как немцы завершили все работы по развитию, британские коммандос предприняли 27-28 февраля 1942 года знаменитую операцию «Бруневальский рейд» «Укус » и захватили полную систему Вюрцбурга, которая действовала (глупо, но неизбежно) недалеко от побережья в Брюневале.

Коническое сканирование также использовалось в высокотехнологичном американском радаре автоматического сопровождения SCR-584 .
Функция конического сканирования была предложена в 1940 году — задолго до рейда Брюневаля.

В модели 584 использовалась система конического сканирования для обеспечения полностью автоматического отслеживания целей, поиска и захвата целей. Развертывание было запланировано на 1942 год, но проблемы с разработкой означали, что он не был доступен до 1944 года - как раз вовремя для использования против V1 "Doodlebugs", которые в сочетании с радиолокационными снарядами с неконтактным взрывателем значительно изменили результат атак V1 на Англию.

• Коническое сканирование было также принято в 1941 году для 10-сантиметровой радиолокационной системы управления огнем ВМФ 3 и использовалось в немецком радаре Вюрцбурга в 1941 году. SCR-584 значительно усовершенствовал систему и добавил режим автоматического слежения. ] Как только цель была обнаружена и находилась в пределах досягаемости, система автоматически удерживала радар наведенным на цель, приводимым в действие двигателями, установленными в основании антенны. Для обнаружения, в отличие от отслеживания, система также включала режим спирального сканирования, который позволял ей искать самолеты. Этот режим имел свой собственный дисплей PPI для удобства интерпретации. При использовании в этом режиме антенна механически вращалась со скоростью 4 об/мин, в то время как ее подталкивали вверх и вниз для сканирования по вертикали.

  Система могла работать на четырех частотах от 2700 до 2800 МГц (длина волны 10–11 см), посылая импульсы мощностью 300 кВт длительностью 0,8 микросекунды с частотой повторения импульсов (PRF) 1707 импульсов в секунду. Он мог обнаруживать цели размером с бомбардировщик на расстоянии около 40 миль и, как правило, мог автоматически отслеживать их на расстоянии около 18 миль. Точность в этом диапазоне составляла 25 ярдов по дальности и 0,06 градуса (1 мил) по углу пеленга антенны (см. Таблицу «Технические характеристики SCR-584»). Поскольку ширина электрического луча составляла 4 градуса (с точностью до -3 дБ или половины мощности), цель будет размыта по части цилиндра, так что пеленг будет шире, чем дальность (т. е. порядка 4 градусов, а не 0,06 градуса, подразумеваемых механической точностью наведения), для удаленных целей. Информация о дальности отображалась на двух «J-образных прицелах», аналогично более распространенному дисплею A-line, но располагалась по радиальному шаблону, приуроченному к задержке возврата. Один прицел использовался для грубой дальности, другой — для тонкой.

Не связанное с коническим сканированием, но очень важное для его оптимального применения, было использование изобретенного британцами резонаторного магнетрона, широко применяемого в США в 584 и других радарах. Это позволило использовать гораздо более высокие уровни мощности и гораздо более высокие частоты.