El escáner Foster , o escáner de ruta variable , es un tipo de sistema de radar que produce un haz estrecho que escanea rápidamente un área frente a él. Los escáneres Foster se utilizaron ampliamente en los sistemas de radar posteriores a la Segunda Guerra Mundial utilizados para la detección de artillería y morteros. Los radares modernos en esta función normalmente usan escaneo electrónico en lugar de un escáner Foster para este propósito.
Descripción
El escáner Foster consta de dos partes; una antena en forma de caja y el propio "escáner". Normalmente se colocan delante de un reflector con forma .
La antena consiste en una sección rectangular delgada de una antena parabólica , como si se cortaran los lados de una antena parabólica convencional, dejando solo la tira delgada donde se monta la bocina de alimentación . Las placas rectangulares se colocan a ambos lados del "corte", extendiéndose hacia adelante en la dirección de difusión. El sistema resultante tiene el tamaño y la forma básicos de una caja de pizza grande con la parte trasera redondeada. En el Reino Unido, se conocen como antenas de "queso", ya que se asemejan a una sección cortada de una rueda de queso. La alimentación a la antena se realiza a través de una ranura rectangular en una guía de ondas que corre a lo largo de la caja frente a la sección parabólica.
El escáner en sí consiste en una sección de guía de ondas rectangular formada en un cono hueco, como un cono de helado . Un segundo cono de metal se coloca dentro del primero, dejando un espacio entre los dos que forma una sección de guía de ondas. Pequeños "dientes" de metal en el punto donde la guía de ondas de entrada se encuentra con el cono hacen que la señal del radar se refleje 90 grados en la ranura entre los dos conos. Usado solo, este sistema hace que la señal de radar viaje una longitud de trayectoria total diferente en el extremo estrecho del cono en oposición al extremo ancho. Esto hace que el frente de onda de la señal gire con respecto a la antena.
El cono interior no es sólido, pero tiene una ranura en el centro para formar otra sección de guía de ondas. Los dientes en el exterior de este cono captan la señal de la ranura entre los conos, la reflejan a través de su ranura central y luego un segundo juego de dientes la envía de regreso a la ranura entre los dos conos. Se permite que el cono interior gire dentro del exterior. A medida que gira el cono interior, la longitud total de la señal cambia, más en el extremo ancho que en el estrecho. Cuando se envía a la antena, esto hace que el frente de onda escanee a través del área entre las dos placas horizontales, "rompiendo" a la posición inicial cuando el cono interior gira de regreso al punto original.
El escáner permite escaneos a la velocidad de rotación del cono interior, que se construye fácilmente de una manera que permite un escaneo muy rápido. Los ángulos típicos son +/- 20 grados.
Uso típico
El escáner Foster se utilizó en varios sistemas de radares de contrabatería posteriores a la Segunda Guerra Mundial , y los primeros ejemplos entraron en servicio a fines de la década de 1950 y principios de la de 1960. En estos sistemas, el escáner se montó horizontalmente para producir una señal que se escaneara de un lado a otro horizontalmente frente al conjunto de radar. Los rangos de exploración horizontal típicos estaban entre 40 y 50 grados, con un ancho de haz de 1 grado.
En los sistemas típicos, el escáner se montaría de modo que pudiera apuntar rápidamente a dos ángulos verticales diferentes. Esto podría lograrse moviendo el reflector de la antena principal detrás del escáner, o mediante una variedad de medios electrónicos. El sistema cambiaría rápidamente el escáner entre estos dos ángulos, mientras el escáner mismo continuaba desviando la señal hacia la izquierda y hacia la derecha. La ubicación del proyectil horizontalmente fue revelada por el tiempo de la señal devuelta en comparación con la rotación del escáner en ese instante. Utilizando métodos tradicionales de temporización de pulsos, el alcance del proyectil podría determinarse en el mismo instante. La trigonometría simple usando el rango y el ángulo vertical fijo conocido del rayo reveló la ubicación vertical del proyectil. El tiempo que tardó en cruzar una viga y luego la otra reveló la velocidad del proyectil.
Los primeros sistemas incluyeron el AN / MPQ-4 de EE. UU. , Que utilizaba la conmutación de lóbulos para cambiar entre dos ángulos separados por 35 milésimas de pulgada (aproximadamente 2 grados). Las señales reflejadas se mostraron en dos B-scopes . Las medidas de los B-scopes se copiaron en una calculadora balística , que produjo la ubicación X e Y del lanzador. El radar Green Archer del Reino Unido utilizó un interruptor manual para cambiar entre los ángulos verticales. Normalmente, el radar se dejaba en el ajuste de ángulo "más bajo", mientras el operador esperaba los retornos. Cuando se vio uno, el interruptor se movió a la posición superior y se trazó el segundo retorno. El cálculo balístico se realizó trazando los dos puntos en un papel cuadriculado XY y luego moviendo cursores mecánicos sobre los puntos. El resto del cálculo se realizó de forma electrónica.
Historia
El escáner Foster fue diseñado originalmente por John Stuart Foster mientras trabajaba en el Laboratorio de Radiación del MIT como parte de un intercambio técnico del Consejo Nacional de Investigación de Canadá . Se adaptó rápidamente para su uso en la localización de artillería, especialmente para morteros. En esta función, el escáner se utilizaría para realizar dos o más observaciones rápidas del proyectil en vuelo y luego se trazaría para calcular la posición inicial.
Referencias
- Edward George Bowen, "A Textbook of Radar" , Archivo CUP, 1954, págs. 287-289
Otras lecturas
- JS Foster, "Escáner eléctrico lineal" , Laboratorio de radiación, Instituto de Tecnología de Massachusetts, 1945
- "Manual del operador del equipo de radar AN / MPQ-4A" , Ejército de los EE. UU., 1977