El escáner Foster , o escáner de trayectoria 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 detectar artillería y morteros. Los radares modernos que cumplen esta función normalmente utilizan escaneo electrónico en lugar de un escáner Foster para este propósito.
El escáner Foster consta de dos partes: una antena en forma de caja y el "escáner" propiamente dicho. Normalmente, se colocan delante de un reflector con forma de caja .
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 . Se colocan placas rectangulares a cada lado del "corte", que se extienden hacia adelante en la dirección de transmisión. El sistema resultante tiene el tamaño y la forma básicos de una caja de pizza grande con el lado posterior redondeado. En el Reino Unido, se las conoce como antenas "de queso", ya que se parecen 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 recorre la longitud 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 de radar se refleje 90 grados en la ranura entre los dos conos. Utilizado solo, este sistema hace que la señal de radar recorra una longitud de trayectoria total diferente en el extremo estrecho del cono en comparación con el extremo ancho. Esto hace que el frente de onda de la señal rote con respecto a la antena.
El cono interior no es sólido, sino que tiene una ranura cortada en el centro para formar otra sección de guía de ondas. Los dientes en el exterior de este cono recogen la señal de la ranura entre los conos, la reflejan a través de su ranura central y luego un segundo conjunto de dientes la envía de vuelta a la ranura entre los dos conos. El cono interior puede girar dentro del exterior. A medida que el cono interior gira, 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 explore el área entre las dos placas horizontales, "recuperándose" a la posición inicial cuando el cono interior gira de nuevo al punto original.
El escáner permite realizar escaneos a la velocidad de rotación del cono interior, que se puede construir fácilmente de manera que permita un escaneo muy rápido. Los ángulos típicos son de +/- 20 grados.
El escáner Foster se utilizó en varios sistemas de radar de contrabatería posteriores a la Segunda Guerra Mundial ; 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 montaba horizontalmente para producir una señal que escaneaba de un lado a otro horizontalmente frente al radar. Los rangos de escaneo 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 forma que pudiera apuntarse rápidamente a dos ángulos verticales diferentes. Esto se podría lograr 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 que el propio escáner continuaría desviando la señal de izquierda a derecha. La ubicación horizontal del proyectil se revelaba mediante la sincronización de la señal de retorno en comparación con la rotación del escáner en ese instante. Usando los métodos tradicionales de sincronización de pulsos, el alcance del proyectil se podía determinar en el mismo instante. La trigonometría simple usando el alcance y el ángulo vertical fijo conocido del haz revelaba la ubicación vertical del proyectil. El tiempo que tardaba en cruzar un haz y luego el otro revelaba la velocidad del proyectil.
Los primeros sistemas incluían el AN/MPQ-4 estadounidense , que utilizaba un cambio de lóbulo para cambiar entre dos ángulos separados por unas 35 milésimas de pulgada (unos 2 grados). Las señales reflejadas se mostraban en dos telescopios B. Las mediciones de los telescopios B se copiaban en una calculadora balística , que producía la ubicación X e Y del lanzador. El radar Green Archer del Reino Unido utilizaba un interruptor manual para cambiar entre los ángulos verticales. El radar normalmente se dejaba en la configuración de ángulo "inferior", mientras el operador esperaba los retornos. Cuando se veía uno, el interruptor se movía a la posición superior y se trazaba el segundo retorno. El cálculo balístico se realizaba trazando los dos puntos en un papel gráfico XY y luego moviendo cursores mecánicos sobre los puntos. El resto del cálculo se realizaba electrónicamente.
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 detección de artillería, en particular de morteros. En esta función, el escáner se utilizaría para realizar dos o más observaciones rápidas del proyectil en vuelo y luego se trazarían para calcular la posición inicial.