Чому відбивається відбивач на цій міліметровій антені?


24

Відео WIRED YouTube Всередині «Квест Facebook провести Інтернет через сонячну трубу» та стаття «Перші зусилля Facebook, щоб дощити Інтернет з неба» показують антену посуду (починаючи з 02:00) із тим, що схоже на вторинний відбивач Cassegrain. Контекст відео та статті передбачає, що це для тестування даних міліметрової хвилі E-смуги вгору / вниз на літаку (приблизно 60 - 90 ГГц відповідно до статті, або 5 - 3 міліметрової довжини хвилі).

Я помітив, що вторинне дзеркало крутиться. Переглядаючи коливання та перевіряючи окремі кадри, здається, він обертається щонайменше 4 обертами в секунду. Це може бути набагато швидше, але згладжування змушує виглядати так повільно.

Я не можу придумати жодної причини, чому це було б поворотним. Він обертається навколо оптичної осі, тому не перемикається між первинними та вторинними місцями ріг.

Чому відбивається відбивач на цій міліметровій антені?

введіть тут опис зображення

вище: GIF, зроблений із витягнутих та обрізаних кадрів із цього WIRED YouTube відео .

введіть тут опис зображення

вище: клацніть правою кнопкою миші для збільшення зображення; Наземна станція для міліметрових хвиль, що посилаються на літальний апарат, від WIRED . Фото кредит Деймон Касарес.


1
Я не можу придумати причину, чому він крутиться, але це захоплююче
Сем

2
Щоб павуків не було.
Енді ака

3
@Andyaka Павуки з Марса, можливо? i.stack.imgur.com/LkCpm.gif
uhoh

1
Я б не використовував термін "відмирання", щоб описати коливання або нутацію, що використовується для відстеження. Лихоліття для мене передбачає випадковий чи статистичний підхід, хоча це навмисно та періодично. Але нутація, безумовно, має сенс для відстеження; антена вирівнюється, коли не змінюється сила сигналу на нутаційній частоті. Коли є накладена модуляція, її амплітуда і фаза забезпечують пряму інформацію про те, як далеко і в якому напрямку потрібно переміщувати антену.
Трейд Дейва

2
Цікаво відзначити, що також існує оптична камера, яка проглядається з антеною, ймовірно, використовується для візуального контролю за роботою системи стеження. Я сам працював над системами відстеження антен, і це цілком задоволення, коли на моніторі спостерігається стійке зображення, поки тестова платформа дико гойдається!
Трейд Дейв

Відповіді:


26

Як я можу сказати, це конічна скануюча антена. З мого обмеженого розуміння, це дозволяє точне націлювання на ширший промінь.

Джерело зображення Wikimedia Commons


Я думаю, ти це прибив!
uhoh

16

Завдяки чудовій відповіді @ GrantTrebbin щодо розгадки таємниці та проникливому поясненню та контексту @Russell McMahon , я додам тут трохи додаткової інформації.

Тепер, коли я дізнався, як це називається, і для чого це, я читав далі. У випадку з НАСА конічним скануванням мережі Deep Space Network , або CONSCAN, як їх називають, є тривала історія, починаючи з 1970-х років, коли планувались і запускалися глибокі космічні зонди.

Із мережі Deep Space; 302, Позиціонування антени :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN доступний на всіх антенах 70 м і 34 м. Він складається з проведення кругового сканування (як видно, дивлячись на космічний корабель) з центром у передбачуваному положенні джерела та радіусом, який зменшує рівень прийнятого сигналу на невелику кількість, як правило, на 0,1 дБ ...

Для 34-метрової антени в діапазоні X це значення становить 6 мдег, а для 70-метрової антени в діапазоні X - 3 мдег.

і mdeg означає мілі-градуси.

Нижче - фотографії одного з 70-метрових телескопів Deep Space Network для розмови з космічними кораблями глибокого космосу. Цей знаходиться в комплексі Голдстоун. Зі відносних розмірів на зображенні вторинне дзеркало близьке до діаметру 8 метрів. З огляду на розмір і масу вторинних ( це сходи для людей на кожній нозі , а червоні лінії на тарілці - "безпечні доріжки для ходьби"), були розроблені інші, більш досконалі методи сканування в електронному вигляді, але концепція полягає в те саме.

введіть тут опис зображення

вище: Фото кредиту JPMajor фонду CC BY-NC-SA 2.0.

введіть тут опис зображення

вище: З commons.wikimedia.org .



4

Інші відповіді корисні для того, щоб визначити, для чого система та чого вона досягає в загальних рисах, але не пояснює, як вона працює. Хоча це може бути інтуїтивно зрозумілим для деяких, це, мабуть, не очевидно для всіх.

Пояснення наведено на сторінці Вікіпедії з конічним скануванням, яку цитував Кіті Маккларі - я підсумую це тут.

У цьому GIF-зображенні, яке розмістив Грант Треббін, ціль відхилена від осі, а обертове "дзеркало" служить для переміщення основної точки фокусу основної тарілки по отриманому сигналу максимально в певний момент його обертання. Кут повороту обертового дзеркала при максимумі сигналу дає пряму вказівку напрямку від осі цілі. Потім основне блюдо переміщується сервомеханічними механізмами для центрування прийнятого сигналу, щоб сигнал був на постійному максимумі.

введіть тут опис зображення

Ширина відсканованого зображення зазвичай становить приблизно 2 градуси дуги, а механізм виправлення помилок, включений вищезазначеним процесом, дозволяє вирівнювати до 0,1 градусної дуги.

введіть тут опис зображення Цікаво, що Facebook використовує цю техніку, оскільки вона є дуже старою, яка в більшості випадків була замінена електронними системами кермування балок та формування пелюсток.

НІМЕЦЬКИЙ 2МВ Вюрцбург РЛС використовується конічне сканування з greatltimprove точності. Робота над системою розпочалася в 1935 році з мінімальним інтересом, проявленим владою. Початкова точність дальності в 1936 р. На 50 м на 5 кілометрах була недостатньою для цілі (прокладка гармати), але до 1938 р. Було покращено до 25 метрів на 29 кілометрах. Осьове вирівнювання спочатку було максимізацією сили сигналу та ручним позиціонуванням тарілки (!) З прожекторами та ІЧ-променями для надання допомоги (!!), потім 2-х ступінчастою системою з оператором за допомогою дисплея "осцилоскоп" (сканування мозку) для визначення необхідної зміни вирівнювання а потім справжнє конічне сканування в 1941 році.

Wirzburg "Quirl" (віночком) 25 Гц обертового дзеркала.

введіть тут опис зображення

Вони кажуть:

  • Вюрцбург D був введений у 1941 році та додав конічну систему сканування, використовуючи зміщенну подачу приймача під назвою Quirl (німецька для візка), що крутилася на 25 Гц. Отриманий сигнал був трохи зміщений від центральної лінії посуду, обертаючись навколо осі і перекриваючи його в центрі. Якби цільовий літак знаходився на одній стороні від осі антени, сила сигналу зростала б і згасала, коли промінь проносився по ньому, дозволяючи системі рухати тарілку в напрямку максимального сигналу і тим самим відстежувати ціль. Кутове дозвіл можна зробити меншим за ширину променя антени, що призведе до значно покращеної точності, на порядок 0,2 градуса за азимутом і 0,3 градуса по висоті. Раніші приклади, як правило, були модернізовані до моделі D у цій галузі.

Після того , як німці зробили всю роботу по розвитку British Commandos змонтували famois «Bruneval рейд» Операція кусатися 27-28 лютий 1942 і несеться повна система Вюрцбургской діяла (безглуздий , але обов'язково) поблизу узбережжя на Bruneval.

Конічне сканування було також використано в високорозвиненому автоматичному відслідковуванні RADAR США SCR-584 .
Конічна функція сканування була запропонована в 1940 році - задовго до нальоту Брюневаля.

584 використовували конічну систему сканування для забезпечення повністю автоматичного відстеження цілей та пошуку та придбання цілі. Розгортання було розраховане на 1942 рік, але проблеми з розвитком означали, що воно було доступне до 1944 р. - саме вчасно для використання проти V1 "Doodlebugs", що в поєднанні з ближньою сплавою оболонок RADAR суттєво змінило результат V1 атакевків на Англію.

  • Конічне сканування було також прийнято в 1941 році для 10-ти сантиметрової радіолокаційної системи ВМС, 3 і вона була використана на німецькому РЛС Вюрцбурга в 1941 р. SCR-584 розвинув цю систему значно далі і додав автоматичний режим відстеження [4. ] Як тільки ціль була виявлена ​​і була в межах дальності, система автоматично триматиме радіолокатор, спрямований на ціль, керуючись двигунами, встановленими в основі антени. Для виявлення, на відміну від відстеження, система також включала спіральний режим сканування, який дозволяв їй здійснювати пошук літака. Цей режим мав власний спеціалізований дисплей PPI для легкої інтерпретації. При використанні в цьому режимі антена механічно крутилася зі швидкістю 4 об / хв.

    Система могла працювати на чотирьох частотах між 2700 та 2800 МГц (довжина хвилі 10–11 см), висилаючи імпульси 300 кВт тривалістю 0,8 мікросекунди з частотою повторення імпульсу (PRF) 1,707 імпульсів в секунду. Він міг виявляти цілі розміру бомбардувальників на відстані близько 40 миль і, як правило, міг автоматично відстежувати їх на відстані близько 18 миль. Точність у цьому діапазоні становила 25 ярдів в межах і 0,06 градусів (1 мільйон) в куті підшипника антени (див. Таблицю "Технічні характеристики SCR-584"). Оскільки ширина електричного променя становила 4 градуси (до -3 дБ або половини потужності), ціль буде намазана по частині циліндра, щоб бути ширшою за підшипником, ніж за діапазоном (тобто на порядок 4 градусів, а не 0,06 градусів, що мають на увазі механічну точність вказування), для віддалених цілей. Інформація про діапазон відображалася на двох "J-областях", схожих на більш поширений дисплей A-лінії, але розміщена у радіальному малюнку, приуроченому до затримки повернення. Один обсяг використовувався для великої дальності, інший - для тонкої.

Не пов'язане з конічним скануванням, але надзвичайно актуальним для його оптимального застосування було використання британських винахідних кавернових магнетрон, широко розгорнутих США у 584 та інших RADAR. Це дозволило використовувати набагато більші рівні потужності та набагато більш високі частоти.


Це був жахливий час, але дивовижну кількість інновацій зробили люди, яким довелося зрозуміти, що вони роблять. Дякую за глибоке пояснення. У мене є враження, що тести ранньої міліметрової хвилі FB, показані в питанні, вже мали достатньо проблем, тому злом (імовірно) комерційного транспондерного модуля для додавання обертової долі для електронного рульового управління може бути залишено до іншого дня. Те, що вони зробили, здається досить нерозумним - якщо воно хитається, воно повинно працювати; хоча при довжині хвилі від 3 до 5 мм вирівнювання повинно бути досить складним.
uhoh

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.