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、第二次世界大戦後の砲兵や迫撃砲の偵察に広く使用されていました。この用途の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 電子スキャン方式が採用されています。
説明
フォスタースキャナは、箱型のアンテナと「スキャナ」本体の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設置されます。
このアンテナは、従来のパラボラアンテナの側面を切り落とし、給電ホーンが取り付けられた細い帯状の部分のみを残した、薄い長方形のパラボラアンテナ断面で構成されています。この「切り込み」の両側には、放送方向に向かって前方に伸びる長方形の板が配置されています。このアンテナは、背面が丸みを帯びた大きなピザボックスのような基本的なサイズと形状をしています。英国では、チーズの輪切りに似ていることから「チーズ」アンテナと呼ばれています。アンテナへの給電は、パラボラアンテナの前面にあるボックスの長さ全体にわたって走る導波管の長方形スロットを介して行われます。
スキャナー自体は、アイスクリームコーンのような中空円錐状に形成された矩形導波管で構成されています。この導波管の内側に2つ目の金属円錐が配置され、2つの円錐の間に導波管の一部を形成する隙間が設けられています。入力導波管が円錐と接する部分に小さな金属の「歯」が設けられており、レーダー信号は2つの円錐の間の隙間に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経路をたどります。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、中央に溝が切られており、導波管の別のセクションを形成しています。このコーンの外側にある歯は、コーン間の溝から信号を拾い、中央の溝を通して反射させ、次に2組目の歯が2つのコーン間の溝に送り返します。内側のコーンは外側のコーン内で回転します。内側のコーンが回転すると、信号の長さ全体が変化し、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、波面は2枚の水平板の間の領域を走査し、内側のコーンが回転して元の位置に戻ると、波面は初期位置に戻ります。
このスキャナーは、非常に高速なスキャンを可能にするために簡単に組み立てられる内側のコーンの回転速度でスキャンできます。標準的な角度は+/- 20度です。
典型的な用途
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に使用され、最初のものは1950年代後半から1960年代初頭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、レーダー装置前方で水平方向に往復走査する信号を生成します。典型的な水平走査範囲は40度から50度で、ビーム幅は1度でした。
典型的なシステムでは、スキャナーは 2 つの異なる垂直角度に素早く向けられるように取り付けられます。これは、メイン アンテナ リフレクターをスキャナーの背後に移動する、またはさまざまな電子的手段によって実現できます。システムは、スキャナー自体が信号を左右に偏向させ続ける間に、スキャナーをこれら 2 つの角度間で素早く切り替えます。砲弾の水平位置は、返された信号のタイミングと、その瞬間のスキャナーの回転を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れば、砲弾の距離も同じ瞬間に判定できます。距離とビームの既知の固定垂直角度を使用した簡単な三角法で、砲弾の垂直位置がわかります。一方のビームを横切り、次にもう一方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、約 35 ミル (約 2 度) 離れた 2 つの垂直角度を切り替えるローブ スイッチングを使用した米国の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 および 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手動スイッチを使用していました。通常、レーダーは「低い」角度設定のままにされ、オペレーターは反射を待ちます。1 つの反射が確認されると、スイッチを上の位置に動かし、2 番目の反射をプロットしました。弾道計算は、XY チャート紙に 2 つの点をプロットし、その点上で機械式カーソルを移動することによって実行されました。残りの計算は電子的に実行されました。
歴史
フォスター・スキャナーは、カナダ国立研究会議との技術交流の一環として、MIT放射線研究所に勤務していたジョン・スチュアート・フォスターによって設計されました。このスキャナーはすぐに砲兵の索敵用途、特に迫撃砲の索敵に応用されました。この用途では、スキャナーは飛行中の砲弾を2回以上迅速に観測し、その後プロットして初期位置を計算するために使用されました。
参考文献
- 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
さらに読む
- JSフォスター、「線形電気スキャナ」、マサチューセッツ工科大学放射線研究所、1945年
- 「レーダー装置AN/MPQ-4A操作マニュアル」、アメリカ陸軍、1977年
