Por que o refletor nesta antena de ondas milimétricas está girando?

O vídeo do WIRED no YouTube Inside Inside Quest for Beam Internet via Solar Drone e o artigo Inside Inside Facebook Primeiros Esforços para Chover Internet from the Sky mostram uma antena parabólica (a partir das 02:00) com o que parece um refletor secundário Cassegrain. O contexto do vídeo e do artigo sugere que é para testar o link up / down de dados de ondas milimétricas de banda E para uma aeronave (cerca de 60 a 90 GHz de acordo com o artigo ou comprimento de onda de 5 a 3 milímetros).

Notei que o espelho secundário está girando. Observando a oscilação e verificando quadros individuais, parece estar girando pelo menos 4 rotações por segundo. Pode ser muito mais rápido e o alias faz com que pareça tão lento.

Não consigo pensar em nenhuma razão para isso mudar. Está girando em torno do eixo óptico, portanto, não está alternando entre os locais de corneta primária e secundária.

Por que o refletor nesta antena de ondas milimétricas está girando?

acima: GIF criado a partir de quadros extraídos e cortados deste vídeo WIRED do YouTube .

acima: Clique com o botão direito para ampliar; Estação terrestre para dados de ondas milimétricas vinculadas a aeronaves, da WIRED . Crédito da foto Damon Casarez.

Pelo que sei, é uma antena cônica de varredura. Pelo meu entendimento limitado, ele permite um direcionamento preciso com um feixe mais amplo.

Fonte da imagem Wikimedia Commons

Graças à ótima resposta de @ GrantTrebbin para resolver o mistério e à explicação e contexto perspicazes de @Russell McMahon, adicionarei algumas informações adicionais aqui.

Agora que aprendi o que é chamado e para que serve, li mais adiante. No caso da exploração cônica da Deep Space Network da NASA , ou CONSCAN, como eles chamam, tem uma longa história, começando na década de 1970, quando sondas espaciais estavam sendo planejadas e lançadas.

Da rede do espaço profundo; 302, posicionamento da antena :

2.6.1 CONSCAN

O CONSCAN está disponível em todas as antenas de 70 me 34 m. Consiste em realizar uma varredura circular (como vista na sonda) com o centro na posição de origem prevista e um raio que reduz o nível de sinal recebido em uma pequena quantidade, tipicamente 0,1 dB ...

Para uma antena de 34 metros na banda X, esse valor é de 6 mdeg e para uma antena de 70 metros na banda X é de 3 mdeg.

e mdeg significa mili-graus.

Abaixo estão as fotos de um dos telescópios da Deep Space Network de 70 metros para conversar com naves espaciais. Este fica no complexo Goldstone. A partir dos tamanhos relativos da imagem, o espelho secundário tem cerca de 8 metros de diâmetro. Considerando o tamanho e a massa do secundário ( são escadas para os seres humanos em cada perna e as linhas vermelhas no prato são "caminhos seguros para caminhar") outras, técnicas mais avançadas para digitalizar eletronicamente foram desenvolvidas, mas o conceito é o mesmo.

acima: Crédito da foto JPMajor , creative commons CC BY-NC-SA 2.0.

acima: De commons.wikimedia.org .

Outra resposta é boa para indicar para que serve o sistema e o que ele alcança em termos gerais, mas nem explica como ele funciona. Embora isso possa ser intuitivo para alguns, provavelmente não é óbvio para todos.

A explicação é dada na página de digitalização cônica da Wikipedia que Keity McClary citou - vou resumir aqui.

Nesta imagem GIF que Grant Trebbin postou, o alvo está fora do eixo e o "espelho" rotativo serve para varrer o ponto principal de foco da antena pelo sinal recebido no máximo, em um determinado ponto de sua rotação. O ângulo de rotação do espelho giratório no sinal máximo fornece uma indicação direta da direção fora do eixo do alvo. O prato principal é então movido por mecanismos servo para centralizar o sinal recebido, de modo que o sinal fique no máximo contínuo.

A largura da imagem digitalizada é tipicamente de cerca de 2 graus de arco e o mecanismo de correção de erros ativado pelo processo acima permite o alinhamento a 0,1 graus de arco.

É interessante que o Facebook esteja usando essa técnica, pois é muito antiga e, na maioria dos casos, foi substituída por sistemas de direção eletrônica de feixes e formação de lóbulos.

O radar alemão WW2 Wurzburg utilizou escaneamento cônico para melhorar a precisão. O trabalho no sistema começou em 1935, com um interesse mínimo demonstrado pelas autoridades. A precisão inicial do alcance em 1936 de 50m a 5 quilômetros não era adequada para o objetivo (colocação de armas), mas em 1938 havia sido aprimorada para 25 metros a 29 quilômetros. O alinhamento axial foi inicialmente por maximização da intensidade do sinal e posicionamento manual da antena (!) Com holofotes e feixes de infravermelho para auxiliar (!!); em seguida, um sistema de 2 lóbulos com um operador usando uma tela "osciloscópio" (varredura cerebral) para determinar a alteração de alinhamento necessária e então verdadeira varredura cônica em 1941.

Wirzburg "Quirl" (batedor) espelho giratório de 25 Hz.

Eles dizem:

• O Würzburg D foi introduzido em 1941 e adicionou um sistema de escaneamento cônico, usando um receptor de deslocamento chamado Quirl (alemão para batedor) que girava a 25Hz. O sinal resultante foi ligeiramente desviado da linha central do prato, girando em torno do eixo e sobrepondo-o no centro. Se a aeronave alvo estivesse em um lado do eixo da antena, a força do sinal aumentaria e desapareceria à medida que o feixe passasse por ela, permitindo que o sistema movesse a antena na direção do sinal máximo e, assim, rastreie o alvo. A resolução angular pode ser menor que a largura do feixe da antena, levando a uma precisão muito melhorada, da ordem de 0,2 graus em azimute e 0,3 graus em elevação. Exemplos anteriores foram geralmente atualizados para o modelo D em campo.

Depois que os alemães fizeram todo o trabalho de desenvolvimento, os Comandos Britânicos montaram a famosa operação "Bruneval raid" (Mordida de Bruneval) de 27 a 28 de fevereiro de 1942 e levaram adiante um sistema completo de Wurzburg que estava operando (de maneira tola, mas necessariamente) perto da costa de Bruneval.

A varredura cônica também foi usada no RADAR de rastreamento automático US SCR-584 altamente avançado .
O recurso de escaneamento cônico foi proposto em 1940 - bem antes do ataque a Bruneval.

O 584 usou o sistema de varredura cônica para fornecer rastreamento de alvo totalmente automático, além de busca e aquisição de alvo. A implantação foi planejada para 1942, mas os problemas de desenvolvimento significaram que ela não estava disponível até 1944 - bem a tempo de ser usada contra os "Doodlebugs" V1 que, em conjunto com os projéteis RADAR fundidos por proximidade, fizeram uma diferença significativa no resultado dos ataques V1 na Inglaterra.

• A varredura cônica também foi adotada em 1941 para o sistema de radar de controle de incêndio da Marinha de 10 cm 3 e foi usado no radar alemão de Würzburg em 1941. O SCR-584 desenvolveu o sistema muito mais e adicionou um modo de rastreamento automático. ] Uma vez que o alvo fosse detectado e estivesse dentro do alcance, o sistema manteria o radar apontado para o alvo automaticamente, acionado por motores montados na base da antena. Para detecção, em oposição ao rastreamento, o sistema também incluiu um modo de varredura helicoidal que lhe permitiu procurar aeronaves. Esse modo tinha seu próprio monitor PPI dedicado para facilitar a interpretação. Quando usada neste modo, a antena girava mecanicamente a 4 rpm, enquanto era empurrada para cima e para baixo para varrer verticalmente.

  O sistema poderia ser operado em quatro frequências entre 2.700 e 2.800 MHz (comprimento de onda de 10 a 11 cm), enviando pulsos de 300 kW de 0,8 microssegundos de duração com uma frequência de repetição de pulso (PRF) de 1.707 pulsos por segundo. Ele podia detectar alvos do tamanho de bombardeiros a cerca de 40 milhas de alcance e geralmente era capaz de rastreá-los automaticamente a cerca de 18 milhas. A precisão dentro desse intervalo era de 25 jardas e 0,06 graus (1 mil) no ângulo do rolamento da antena (consulte a Tabela "Características técnicas do SCR-584"). Como a largura do feixe elétrico era de 4 graus (para os pontos de -3db ou meia potência), o alvo seria espalhado por uma parte do cilindro, de modo a ser mais largo no rolamento do que na faixa (ou seja, na ordem de 4 graus, em vez de 0,06 graus implicados pela precisão da mira mecânica), para alvos distantes. As informações de faixa foram exibidas em dois "escopos J", semelhantes à exibição mais comum da linha A, mas dispostos em um padrão radial cronometrado para o atraso de retorno. Um osciloscópio foi utilizado para amplitude aproximada, o outro para fine.

Não relacionado à varredura cônica, mas altamente relevante para sua aplicação ideal, foi o uso do magnetron de cavidade inventado pelos britânicos, amplamente empregado pelos EUA nos 584 e outros RADARs. Isso permitiu que níveis de energia muito mais altos e freqüências muito mais altas fossem usados.