¿Por qué gira el reflector de esta antena de ondas milimétricas?

Por lo que puedo decir, es una antena de exploración cónica. Desde mi comprensión limitada, permite apuntar con precisión con un haz más amplio.

Fuente de la imagen Wikimedia Commons

Gracias a la gran respuesta de @GrantTrebbin para resolver el misterio, y la explicación y el contexto perspicaces de @Russell McMahon, agregaré un poco de información complementaria aquí.

Ahora que he aprendido cómo se llama y para qué sirve, he leído más. En el caso del escaneo cónico de la Red del Espacio Profundo de la NASA , o CONSCAN, como lo llaman, tiene una larga historia, que comenzó en la década de 1970 cuando se planearon y lanzaron sondas del espacio profundo.

De la Red del Espacio Profundo; 302, posicionamiento de la antena :

2.6.1 CONSCAN

CONSCAN está disponible en todas las antenas de 70 my 34 m. Consiste en realizar un escaneo circular (como se ve mirando la nave espacial) con el centro en la posición de la fuente prevista y un radio que reduce el nivel de la señal recibida en una pequeña cantidad, normalmente 0,1 dB...

Para una antena de 34 metros en banda X, este valor es de 6 mdeg y para una antena de 70 metros en banda X es de 3 mdeg.

y mdeg significa miligrados.

A continuación se muestran fotos de uno de los telescopios de la Red del Espacio Profundo de 70 metros para hablar con naves espaciales del espacio profundo. Este está en el complejo Goldstone. De los tamaños relativos en la imagen, el espejo secundario tiene cerca de 8 metros de diámetro. Teniendo en cuenta el tamaño y la masa de la secundaria ( esas son escaleras para humanos en cada pierna , y las líneas rojas en el plato son "caminos seguros para caminar"), se han desarrollado otras técnicas más avanzadas para escanear electrónicamente, pero el concepto es el mismo.

arriba: Crédito de la foto JPMajor , creative commons CC BY-NC-SA 2.0.

arriba: De commons.wikimedia.org .

Otras respuestas son buenas para indicar para qué sirve el sistema y qué logra en términos generales, pero ninguna explica cómo funciona. Si bien esto puede ser intuitivo para algunos, probablemente no sea obvio para todos.

La explicación se da en la página de Escaneo cónico de Wikipedia que citó Keity McClary. Lo resumiré aquí.

En esta imagen GIF que publicó Grant Trebbin, el objetivo está fuera del eje y el "espejo" giratorio sirve para barrer el punto de enfoque del plato principal a través de la señal recibida al máximo en un punto determinado de su rotación. El ángulo de rotación del espejo giratorio en la señal máxima da una indicación directa de la dirección fuera del eje del objetivo. Luego, el plato principal se mueve mediante servomecanismos para centrar la señal recibida de modo que la señal esté en un máximo continuo.

La anchura de la imagen escaneada suele ser de unos 2 grados de arco y el mecanismo de corrección de errores habilitado por el proceso anterior permite una alineación típica de 0,1 grados de arco.

Es interesante que Facebook esté utilizando esta técnica, ya que es muy antigua y, en la mayoría de los casos, ha sido reemplazada por sistemas electrónicos de dirección de haz y formación de lóbulos.

El radar GERMAN WW2 Wurzburg usó escaneo cónico para mejorar la precisión. El trabajo en el sistema comenzó en 1935 con un mínimo interés mostrado por las autoridades. La precisión de alcance inicial en 1936 de 50 m a 5 kilómetros no era adecuada para el propósito (colocación de armas), pero en 1938 se había mejorado a 25 metros a 29 kilómetros. La alineación axial fue inicialmente mediante la maximización de la intensidad de la señal y el posicionamiento manual del plato (!) con reflectores y haces de infrarrojos para ayudar (!!), luego un sistema de 2 lóbulos con un operador que usaba una pantalla de "osciloscopio" (escaneo cerebral) para determinar el cambio de alineación requerido y luego escaneo cónico verdadero en 1941.

Wirzburg "Quirl" (batidor) Espejo giratorio de 25 Hz.

Ellos dicen:

• El Würzburg D se introdujo en 1941 y agregó un sistema de escaneo cónico, utilizando un alimentador de receptor desplazado llamado Quirl (alemán para batidor) que giraba a 25 Hz. La señal resultante se desplazó ligeramente de la línea central del plato, girando alrededor del eje y superponiéndolo en el centro. Si el avión objetivo estaba a un lado del eje de la antena, la fuerza de la señal aumentaría y se desvanecería a medida que el haz la atravesara, lo que permitiría que el sistema moviera el plato en la dirección de la señal máxima y, por lo tanto, rastreara el objetivo. La resolución angular podría hacerse más pequeña que el ancho del haz de la antena, lo que mejoraría mucho la precisión, del orden de 0,2 grados en acimut y 0,3 grados en elevación. Los ejemplos anteriores generalmente se actualizaron al modelo D en el campo.

Una vez que los alemanes habían hecho todo el trabajo de desarrollo, los comandos británicos montaron la famosa "incursión de Bruneval" Operation Biting el 27 y 28 de febrero de 1942 y se llevaron un sistema completo de Wurzburg que estaba operando (tonta pero necesariamente) cerca de la costa en Bruneval.

El escaneo cónico también se usó en el altamente avanzado RADAR de seguimiento automático SCR-584 de EE. UU .
La función de escaneo cónico se propuso en 1940, mucho antes de la redada de Bruneval.

El 584 usó el sistema de escaneo cónico para proporcionar seguimiento de objetivos y búsqueda y adquisición de objetivos completamente automáticos. El despliegue estaba previsto para 1942, pero los problemas de desarrollo significaron que no estuvo disponible hasta 1944, justo a tiempo para su uso contra los "Doodlebugs" V1 que, junto con los proyectiles RADAR fusionados por proximidad, marcaron una diferencia significativa en el resultado de los ataques V1 en Inglaterra.

• El escaneo cónico también se adoptó en 1941 para el sistema de radar de control de fuego de 10 cm de la Marina, 3 y se usó en el radar alemán Würzburg en 1941. El SCR-584 desarrolló el sistema mucho más y agregó un modo de seguimiento automático. [4 ] Una vez que el objetivo había sido detectado y estaba dentro del alcance, el sistema mantendría el radar apuntando al objetivo automáticamente, impulsado por motores montados en la base de la antena. Para la detección, a diferencia del seguimiento, el sistema también incluía un modo de exploración helicoidal que le permitía buscar aeronaves. Este modo tenía su propia pantalla PPI dedicada para una fácil interpretación. Cuando se usaba en este modo, la antena giraba mecánicamente a 4 rpm mientras se empujaba hacia arriba y hacia abajo para escanear verticalmente.

  El sistema podría funcionar en cuatro frecuencias entre 2700 y 2800 MHz (longitud de onda de 10 a 11 cm), enviando pulsos de 300 kW de 0,8 microsegundos de duración con una frecuencia de repetición de pulso (PRF) de 1707 pulsos por segundo. Podía detectar objetivos del tamaño de un bombardero a una distancia de aproximadamente 40 millas y, en general, podía rastrearlos automáticamente a unas 18 millas. La precisión dentro de este rango fue de 25 yardas en el rango y 0,06 grados (1 mil) en el ángulo de orientación de la antena (consulte la tabla "Características técnicas del SCR-584"). Debido a que el ancho del haz eléctrico era de 4 grados (hasta los -3db o puntos de media potencia), el objetivo se mancharía a través de una parte de un cilindro, de modo que tendría una orientación más amplia que el alcance (es decir, del orden de 4 grados, en lugar de los 0,06 grados implicados por la precisión mecánica de puntería), para objetivos distantes. La información de rango se mostró en dos "visores en J", similar a la pantalla de línea A más común, pero dispuesta en un patrón radial sincronizado con el retraso de retorno. Se usó un visor para rango grueso, el otro para fino.

No relacionado con el escaneo cónico, pero muy relevante para su aplicación óptima, fue el uso del magnetrón de cavidad inventado por los británicos, ampliamente desplegado por los EE. UU. en el 584 y otros RADAR. Esto permitió el uso de niveles de potencia mucho más altos y frecuencias mucho más altas.