フォスタースキャナー

フォスター スキャナー(可変パス スキャナー) は、前方の領域を高速でスキャンする狭いビームを生成するレーダー システムの一種です。フォスター スキャナーは、砲兵や迫撃砲の発見に使用される第二次世界大戦後のレーダー システムで広く使用されていました。この目的で使用される現代のレーダーでは、通常、フォスター スキャナーの代わりに 電子スキャンが使用されます。

フォスター スキャナーは、箱型のアンテナと「スキャナー」自体の 2 つの部分で構成されています。これらは通常、成形された反射鏡の前に配置されます。

このアンテナは、パラボラアンテナの薄い長方形の部分から構成されています。従来のパラボラアンテナの側面を切り取って、フィードホーンが取り付けられている薄いストリップだけを残したような形です。長方形のプレートが「切り込み」の両側に配置され、放送の方向に向かって前方に伸びています。結果として得られるシステムは、背面が丸い大きなピザボックスの基本的なサイズと形状になります。英国では、これらはチーズの輪から切り取った部分に似ているため、「チーズ」アンテナとして知られています。アンテナへの給電は、パラボラセクションの前のボックスの長さに沿って走る導波管の長方形のスロットを介して行われます。

スキャナ自体は、アイスクリームコーンのような中空の円錐に形成された長方形導波管のセクションで構成されています。2 番目の金属円錐が最初の円錐内に配置され、2 つの円錐の間に導波管セクションを形成する隙間が残ります。入力導波管が円錐と出会う点にある小さな金属の「歯」により、レーダー信号が 2 つの円錐の間のスロットに 90 度反射されます。このシステムを単独で使用すると、レーダー信号は円錐の狭い端と広い端で異なる合計経路長を移動します。これにより、信号の波面がアンテナに対して回転します。

内側のコーンは固体ではなく、中央に溝が切ってあり、導波管の別のセクションを形成しています。このコーンの外側の歯がコーン間の溝から信号を拾い、中央の溝を通して反射し、次に 2 番目の歯のセットがそれを 2 つのコーン間の溝に戻します。内側のコーンは外側のコーン内で回転できます。内側のコーンが回転すると、信号の合計長さが変化します。幅の広い端の方が狭い端よりも長くなります。アンテナに送られると、波面が 2 つの水平プレートの間の領域をスキャンし、内側のコーンが元のポイントに回転すると、最初の位置に「スナップ」します。

スキャナは、非常に高速なスキャンを可能にする方法で簡単に構築できる内部コーンの回転速度でスキャンできます。一般的な角度は +/- 20 度です。

フォスター スキャナーは、第二次世界大戦後の多くの 対砲兵レーダーシステムで使用され、最初の例は 1950 年代後半から 1960 年代前半にかけて運用されました。これらのシステムでは、スキャナーは水平に設置され、レーダー セットの前で水平に前後にスキャンする信号を生成します。一般的な水平スキャン範囲は 40 度から 50 度で、ビーム幅は 1 度でした。

一般的なシステムでは、スキャナーは 2 つの異なる垂直角度にすばやく向けられるように取り付けられます。これは、スキャナーの背後にあるメイン アンテナ リフレクターを移動したり、さまざまな電子的手段を使用したりすることで実現できます。システムは、スキャナーをこれら 2 つの角度にすばやく切り替えますが、スキャナー自体は信号を左右に偏向させ続けます。砲弾の水平位置は、返された信号のタイミングをその瞬間のスキャナーの回転と比較することで明らかになります。従来のパルス タイミング方法を使用すると、砲弾の範囲を同じ瞬間に決定できます。範囲とビームの既知の固定垂直角度を使用した単純な三角法で、砲弾の垂直位置が明らかになります。1 つのビームを横切ってから別のビームを横切るのにかかった時間から、砲弾の速度がわかります。

初期のシステムには、ローブ スイッチングを使用して約 35 ミル (約 2 度) 離れた 2 つの角度を切り替える米国のAN/MPQ-4が含まれていました。反射信号は 2 つのB スコープに表示されました。B スコープからの測定値は弾道計算機にコピーされ、発射装置の X 位置と Y 位置が生成されました。英国のGreen Archerレーダーでは、垂直角度を切り替えるために手動スイッチが使用されていました。通常、レーダーは「低い」角度設定のままにして、オペレーターが反射を待ちます。1 つの反射が確認されると、スイッチを上の位置に移動し、2 番目の反射をプロットします。弾道計算は、XY チャート紙に 2 つのポイントをプロットし、そのポイント上で機械的なカーソルを移動することによって実行されました。計算の残りは電子的に実行されました。

フォスター スキャナーは、もともとジョン スチュアート フォスターがMIT 放射線研究所で働いていたときに、カナダ国立研究会議との技術交流の一環として設計したものです。このスキャナーはすぐに砲兵の発見用途、特に迫撃砲の発見用途に適応されました。この用途では、スキャナーを使用して飛行中の砲弾を 2 回以上素早く観察し、その後プロットして初期位置を計算します。

• エドワード・ジョージ・ボーエン、「レーダーの教科書」、CUP アーカイブ、1954 年、287-289 ページ

• JS フォスター、「リニア電気スキャナ」、マサチューセッツ工科大学放射線研究所、1945 年
• 「レーダーセット AN/MPQ-4A 操作マニュアル」、米国陸軍、1977 年