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Foster Scanner

Bild 1: Schrittweise Erläuterung der Funktion eines Foster Scanners

Bild 1: Schrittweise Erläuterung der Funktion eines Foster Scanners

Foster Scanner

Der Foster Scanner oder Variable Path Scanner ist eine recht einfache mechanische Einrichtung, um ein schmales Antennendiagramm schnell über den Erfassungsbereich eines Radar zu schwenken. Er wurde vom kanadischen Physiker John Stuart Foster am Massachusetts Institute of Technology entwickelt.

Der Weg der Entstehung eines Foster Scanners ist in Bild 1 dargestellt.

Schritt a) zeigt einen Primärstrahler in einer sogenannten “pill box” oder „Käse“ -Antenne. Der Parabolreflektor in dieser Antenne erzeugt eine lineare Wellenfront zwischen den beiden Platten. Der Austritt der Wellen in den freien Raum geschieht gleichphasig. (Die roten Pfeile symbolisieren die Phasenlage.) Das Antennendiagramm ist in der Dimension der längeren Seite der Apertur recht schmal.

Schritt b) zeigt den Effekt einer gefalteten Verzögerungsleitung unterschiedlicher Länge zwischen der “pill box”- Antenne und den beiden Platten.

Der Foster-Scanner c) macht es möglich, diesen Verzögerungsleitungen eine variable Länge zu geben. Es besteht aus einer konischen Struktur, deren Querschnitt in Bild 2 detaillierter dargestellt ist. Auf der einen Seite hat dieser Querschnitt einen großen Durchmesser, auf der gegenüberliegenden Seite einen sehr kleinen Durchmesser. Durch die Form eines Kegelstumpfs wird erreicht, dass die eine Seite längere Umwegleitungen erhält, als die andere. Wenn der Rotor gedreht wird, nimmt die Weglänge um einen Betrag zu, der vom Drehwinkel abhängig ist. Damit der Rotor sich um volle 360° drehen kann, bestehen die reflektierenden Barrieren aus verzahnten Lamellen, so dass diejenigen vom Rotor durch die am Stator befestigten hindurch gleiten können. Die Breite dieser Lamellen darf höchstens ein zehntel der Wellenlänge betragen, damit dieser Abschnitt für die Hochfrequenz elektrisch dicht ist. Zur Vermeidung von Reflexionen muss für einen kleinen Winkelbereich der Sender ausgeschaltet werden, da kein ungehinderter Durchlass durch den Foster Scanner möglich ist. Dies wird üblicherweise mit einer Torschaltung für den Anlassimpuls des Modulators erreicht.

Der Foster Scanner wurde vor dem Einsatz von Phased-Array Antennen oft für Artillerie-Aufklärungsradar, Zielverfolgungs- und Waffenleitradar verwendet. Durch die geforderte mechanische Genauigkeit bei der Herstellung blieb der Einsatz auf etwa maximal 35 GHz beschränkt. Der hauptsächlich verwendete Frequenzbereich lag im X-Band.

Bild 2: Die unterschiedlich große Umwegleitung abhängig vom Drehwinkel

Bild 2: Animation zur Entstehung der variablen Länge der Umwegleitung