Geschiedenis LEOK: Prof. Jhr. Ir. J. L. W. C. Von Weiler – pionier van de Nederlandse radarontwikkeling

Prof. Jhr. Ir. J. L. W. C. Von Weiler:
pionier van de Nederlandse radarontwikkeling

Prof. Jhr. Ir. Jacob Lambert Wilhelm Carl von Weiler vierde op 13 augustus 1972 zijn zeventigste verjaardag. Dat was aanleiding voor een artikel in Roering over de rol die Prof. Von Weiler in de Nederlandse radarontwikkeling gespeeld heeft. Hieronder volgt een geredigeerde versie van dat artikel.

Jhr. ir. J.L.W.C. von Weiler
Jhr. ir. J.L.W.C. von Weiler

Nadat hij in 1934 was afgestudeerd bij Prof. Elias, trad hij in dienst bij het Laboratorium voor Physische Strijdmiddelen (‘Het Meetgebouw’), dat ressorteerde onder het Ministerie van Oorlog.

UKG- zendontvanger

Zijn eerste opdracht was het ontwikkelen van een draagbare zendontvanger op 1,2 m golflengte in het UHF-gebied. De zendontvanger was bestemd voor gebruik in de Koninklijke Landmacht (zie UKG zendontvanger). De serieproductie werd door de Nederlandse Seintoestellenfabriek (N.S.F.) in Hilversum ter hand genomen. Deze zendontvangers zijn in de oorlogsdagen van 1940 gebruikt, onder andere bij de slag om de Grebbeberg.
Gedurende de ontwikkeling van deze zendontvanger in 1935 werden er propagatieproeven genomen. Tijdens deze proefnemingen was het opgevallen, dat er sterke wisselingen in overdracht ontstonden indien er een vogel en later een vliegtuig over het traject tussen de twee zendontvangposten vloog. Er traden interferentieverschijnselen op die steeds groter en langzamer werden, totdat het vliegtuig het transmissietraject gepasseerd was. Zou dit verschijnsel veroorzaakt warden door een teruggekaatste straling via het vliegtuig? Om dit systematisch te onderzoeken werd er een traject uitgezet tussen het Scheveningse strand en Waalsdorp. De duinen zorgden voor afscherming van de directe straling. Er werden bestelde militaire vliegtuigvluchten uitgevoerd tussen Noordwijk en Hoek van Holland. Het bleek inderdaad dat er verbinding mogelijk was tussen de twee zendontvangposten via de teruggebrachte straling van het vliegtuig. Hieruit kwam bij Von Weiler de gedachte naar voren om deze vliegtuigreflecties te gebruiken voor vliegtuigdetectie en -afstandsbepaling. De gedachte van de Radio Detection and Ranging (Radar) werd toen in Nederland geboren, ongeveer op hetzelfde moment dat de Engelsen en Amerikanen er onafhankelijk mee begonnen.

VHF radio
VHF radio

Het eerste Nederlandse Radartoestel

Met een kleine groep medewerkers onder zijn leiding werd in  de periode 1935 – 1940 gewerkt aan de realisering van een electrische afstandmeter. Om storing van de zender op de ontvanger te voorkomen, werd er met gepulste uitzendingen gewerkt. In de intervallen tussen de uitgezonden pulsen kon men via de ontvanger uitluisteren naar de radarreflecties van doelen. Indien men gedurende zenden en ontvangen wilde werken met dezelfde antenne, dan moest de ontvanger geblokkeerd worden gedurende de tijd van de uitgezonden puls. Om deze uitdaging het hoofd te bieden gebruikte Von Weiler drie gekoppelde transmissielijnen: één naar de zender, de tweede naar de antenne en de derde naar de ontvanger. Bij het zenden kwam slechts een klein deel van de stroom de ontvanger binnen. Hij koppelde daartoe de derde lijn aan het rooster van de eerste buis van de ontvanger via een condensator en een grote lekkende weerstand. De rest van de zendpuls veroorzaakte een negatieve voorspanning van het rooster waardoor de ruimtelading werd verlaagd en waardoor de roostercapaciteit verminderde. Dit ontregelde het netwerk. Slechts een niet-destructief klein deel van het zendvermogen werd nog door de ontvanger gedissipeerd.
Tijdens ontvangst ging de energie hoofdzakelijk naar de ontvanger. Alle elementen van een moderne radar waren in deze eerste Nederlandse radar – het electrisch luistertoestel – reeds aanwezig.

Model van het "electrisch luistertoestel"
Model van het “electrisch luistertoestel” (radarzijde)

 

Model van het "electrisch luistertoestel"
Model van het “electrisch luistertoestel” (bedienzijde)

Enige technische gegevens van de radar

  • Golflengte 70 cm / 425 MHz.
  • Antenne: aantal dipolen op een gazen reflector (matras).
  • De zendpulsduur was 3 microseconden.
  • Zendvermogen 1 kW (gepulst) opgewekt met vier appelbuizen.
  • Pulsherhalingsfrequenties waren 7, 5 en 15 kHz. Dit komt overeen met een maximaal afstandsbereik van 20 en 10 km.
  • In de ontvanger werden miniatuurbuisjes gebruikt: zogenaamde eikelbuisjes.
  • Om de puls hoorbaar te maken met een koptelefoon, werd de uitgezonden puls in amplitude gemoduleerd met 1 kHz.
Appelbuizen
Appelbuizen (Western Electric TB 04/8)

De productie van de radar

Van dit radarapparaat zijn door het laboratorium vier prototypes gemaakt. Er werd door het Ministerie besloten om te starten met een seriefabricage bij N.S.F. te Hilversum. Als verbindingsman om de contacten met de industrie te onderhouden werd Ir. Staal belast, die zijn militaire dienstplicht vervulde op het Laboratorium voor Physische Strijdmiddelen. Deze serieproductie werd niet verder voortgezet door het uitbreken van de oorlog in mei 1940.

Van de vier prototypes is er een opgesteld geweest in het Hertenkamp in Den Haag gedurende de meidagen. Met dit apparaat zijn Duitse vliegtuigen gepeild. Eén apparaat dat op het dak van het laboratorium te Waalsdorp stond werd vernietigd. De resterende twee ontmantelde exemplaren werden tijdig per schip overgebracht naar Engeland.

De oorlogsperiode 1940 – 1945 in Engeland

Toen in mei 1940 de oorlog uitbrak vroeg de Marinestaf aan Von Weiler om een radarapparaat met tekeningen naar Engeland over te brengen. Ir. Gratema zou ook meegaan, maar werd op het laatste moment ziek. Zijn plaats werd ingenomen door Ir. Max Staal.
In Hoek van Holland lag een Engelse torpedojager gereed om de Engelse Militaire Attache Admiraal Dickens op te halen. Omdat Hoek van Holland in brand stond en onbereikbaar was, werd de admiraal per schip afgehaald op Scheveningen. Hier gingen ook Von Weiler en Staal aan boord met de tekeningen van de radar. In Engeland stond er een auto gereed voor de admiraal en zijn medereizigers; naar legitimatiepapieren werd niet gevraagd.

In juni 1940 meldde Von Weiler zich op het Admiralty Signal Establishment te Portsmouth. Bij de Engelsen was enige verbazing over het feit, dat er in Nederland een radar ontwikkeld was. Maar de twee prototypen, die door Ir. Piket vanuit IJmuiden verscheept waren stonden klaar in Plymouth en werden geschikt gemaakt om als afstandmeter samen te werken met de vuurleiding van de 40 mm Bofors mitrailleurs, die de Koninklijke Marine op haar nieuwe schepen in gebruik had. Als antenne werd een Yagi gebruikt volgens Engels ontwerp (zie foto’s) . Deze radars – Range & Detection Finder 289 (RDF 289) – werden geïnstalleerd op Hr. Ms. “Isaac Sweers”. In september 1941 is men er mee naar Malta gevaren. Von Weiler heeft deze reis aan boord meegemaakt. 

Vuurleidingsradar op de Isaac Sweers
Vuurleidingsradar op de Isaac Sweers

 

Nederlandse vuurleidingsradar op de Isaac Sweers (vooraanzicht)
De geavanceerde Nederlandse vuurleidingsradar op de Isaac Sweers (vooraanzicht)

 

Luistertoestel zender-ontvanger op de Isaac Sweers
Luistertoestel zendontvanger op de Isaac Sweers

Naast deze werkzaamheden heeft Von Weiler ook meegewerkt aan een Engelse 50 cm artillerieradar, vooral aan het antenneontwerp. Hij is dan medewerker van de heer Ross, het hoofd van de afdeling, die zich bezig hield met anti-jammingstechnieken. In deze groep werkt hij aan de ontwikkelingen van een pulslengtediscriminator, een differentiatiecircuit en een Moving target indication (MTI) met kwikvertragingslijn.
Ook heeft hij onderzoekingen naar verlammingsverschijnselen in een gestoorde ontvanger gedaan. Deze verlamming kon beperkt worden door koppelcondensatoren te vermijden en door toepassing van voedingsapparaten die grote stromen konden leveren.

Antenne van 50 cm artillerieradar
Antenne van de 50 cm artillerieradar

Al deze technieken worden verwerkt in een 3 cm radar die in Canada in productie is. Men zat om deze radar te springen, maar de fabriek kon de ontvangerfouten er niet uitkrijgen. Er werd namelijk veel last ondervonden van verlammingsverschijnselen bij grote sterke signalen. Nadat deze verschijnselen verholpen waren op het laboratorium in Portsmouth, kon de serie-aflevering starten. Deze 3 cm radars hebben goede dienst gedaan gedurende de landingen in de Stille Oceaan.

De periode na de tweede wereldoorlog 1946 – 1972

Tot het einde van 1945 werkte Von Weiler bij de experimentele afdeling van het Admiralty Signal Establishment (ASE) in Portsmouth. In januari 1946 werd hij geplaatst bij het Bureau Wetenschappelijk Onderzoek van de Marinestaf te Den Haag. Op 1 september 1946 volgde een benoeming tot Buitengewoon Hoogleraar in de Afdeling Electronentechniek aan de Technische Hogeschool te Delft, waar hij reeds sinds januari belast was met een leeropdracht.

In december 1946 kreeg hij de leiding van de afdeling “Beproeving en Ontwikkeling” (B&O), vier personen groot, van de Marine Radio Dienst in Oegstgeest. Uit deze afdeling B&O is het Laboratorium Electronische Ontwikkeling der Koninklijke Marine (LEO) voortgekomen [op 5 juni 1950]. Op het LEO werkten in 1950 ongeveer 25 man, die gehuisvest waren op de halve bovenste verdieping van gebouw A.
De ruimten waren overbezet. Op een gegeven moment zat de professor met 5 man, 4 bureaus en 1 tekenbord (voor de korporaal tekenaar) op één kamer. De toestand werd onhoudbaar. Nadat het LEO de gehele bovenste verdieping bezette, is een poging gewaagd om de vrijgekomen zenderhallen op de begane grond te annexeren. In plaats daarvan werd een gedeelte van de eerste verdieping aan het laboratorium toegevoegd. De technische documentatie van het MEB maakte deze ruimte vrij en verhuisde naar de zenderhallen.
Om veiligheidsredenen mocht er slechts één ingang naar het laboratorium zijn. Er werd daarom een houten trap geplaatst van de bovenste verdieping naar het nieuwe gebied beneden. Met veel genoegen werden de eerste slagen door de Professor gehakt van het gat in de vloer voor deze nieuwe doorgang. Daarna moest iedereen er een stukje meehelpen om de opening te vergroten.

De Professor was ‘Hoofd’ van het Laboratorium en had de rang van Overste (KLTZ). Op een vraag hoe men hem moest aanspreken antwoordde hij: “Om het niet ingewikkeld te makem, laten de militairen mij Professor en de burgers mij overste noemen”.

(voor meer verhalen over de LEO-periode, zie de “analen“) 

In april 1948, werd Von Weiler door de Minister van Oorlog benoemd tot voorzitter van de nationale technische radarcommissie waarin de Koninklijke Marine, de Koninklijke Landmacht en de Luchtstrijdkrachten (de Koninklijke Luchtmacht was nog geen zelfstandig krijgsmachtonderdeel) zijn vertegenwoordigd. De taakopdracht van de commissie was de vraag en markt voor radar in kaart te brengen en aanbevelingen op te stellen. De aanbevelingen moesten gaan over hoe de Nederlandse markt het beste bediend zou worden: eigen R&D en productie, keuze voor buitenlandse apparatuur onder licentie vervaardigd. Voorzitter van de commissie was jhr.ir. J.L.W.C. von Weiler. De commissie kwam al snel (31 mei 1948) met de aanbeveling voor radar-R&D en -productie in Nederland, met als kernen het Physisch Laboratorium in Den Haag, het LEO (latere LEOK) te Oegstgeest en Philips. Om die reden werkte het Physisch Laboratorium TNO, LEO(K) en Philips in de begin jaren ’50 nauw samen aan de ontwikkeling van radarsystemen.
Als zodanig was hij een stimulator van de Nederlandse radarindustrie. Standaardisatie van (radar)apparatuur bij de Nederlandse Krijgsmacht was een van onderwerpen. De uiteindelijke impact van de radarcommissie heeft een grote stimulans betekend voor de Nederlandse industrie in het algemeen en de radarindustrie in het bijzonder. Het plan leidde tot het ontwerp, ontwikkeling en productie van een aantal zoek- en trackradars, The plan led to the design, development, and production of a number of search, acquisition, and tracking radars manufactured by Hollandse Signaalapparaten (nowadays Thales NederlandThales NederlandThales Nederland) and Philips Telecommunication Industry (PTI) Huizen.

 
Op 7 juni 1949, gaf de Koninklijke Marine opdracht aan de Marine Radio Dienst en aan het Physisch Laboratorium van TNO om in samenwerking een lange-afstandsradar (LW-radar) in de 25 cm/L-band te ontwikkelen. De LW-radar was bedoeld voor de nieuwe in ontwikkeling zijnde kruizers. Een prototype van de radar moest tijdig gereed zijn voor serieproductie door de industrie. De LW-radar moest namelijk gelijk met de andere radarsystemen geïnstalleerd worden. Net op tijd kwam de L-band magnetron type 5J26 op de markt; het systeem werd hier omheen ontworpen en ontwikkeld.

De 5J26 magnetron
De 5J26 magnetron (500 – 600 kW, 0.25% duty cycle, 1.2-1.4 GHz)

Het zendsysteem en de ontvanger van de LW-radar werden in Oegstgeest ontwikkeld. Het Physisch Laboratorium ontwikkelde de antenne. Het LW-radarsysteem werd van de grond af gebouwd omdat een groot aantal van de benodigde componenten niet commercieel verkrijgbaar waren. Ze moesten dus ontworpen en gemaakt worden op het laboratorium.
Ook bij de Luchtmacht ontstond belangstelling voor de LW-radar.
De Nederlandse industrie werd in een vroeg stadium betrokken bij de ontwikkeling. Uiteindelijk is de LW-radar geproduceerd door Philips Telecommunication Industry and Hollandse Signaalapparaten. Deze LW-01 radar was de start van een erg succesvolle serie LW-radars die bij de Nederlandse Marine in gebruik waren.

Op 22 juni 1955 werd bij ministeriële beschikking van de minister van Oorlog (10.496/Conf.) en de minister van Marine (451589/344180) het Laboratorium voor Elektronische Ontwikkelingen voor de Krijgsmacht (LEOK) opgericht, dat voor de drie krijgsmachtdelen werkt en waarvan de professor tot 1967 directeur is geweest.

Op verschillende manieren heeft Prof. Von Weiler de radarontwikkeling in Nederland bevorderd:

  • door mee te werken aan de opleiding van elektrotechnische ingenieurs in Delft.
    Door zijn colleges wekte hij de belangstelling bij de studenten op voor de techniek in cm-golven, die in de radar gebruikt worden;
  • door in samenwerking met het bureau wetenschappelijk onderzoek van de Marine besprekingen te voeren om tot een eigen Nederlandse radarindustrie te komen. De besprekingen hebben geleid tot nieuwe types artillerie- en waarschuwingsradars op de na de oorlog gebouwde kruisers en jagers. Deze door de Nederlandse Industrie (PTI en HSA) gemaakte radarapparatuur waren de GA-, KA-, ZW-, VI-, DA- en LW-radars in de 3 cm, 10 cm en 25 cm banden. Van de VI-, DA- en LW-radars zijn er ook versies voor de Koninklijke Luchtmacht gemaakt. Een 3 cm luchtdoelradar werd voor de Koninklijke Landmacht geproduceerd;
  • door LEOK waar hij als directeur de inspirerende en stimulerende kracht voor zijn medewerkers was. Het LEOK heeft apparatuur ontwikkeld, nieuwe technieken onderzocht, adviezen gegeven bij het opstellen van specificaties en prototype keuringen aan industriële apparaten verricht.

Enkele punten uit het laboratoriumprogramma waren:

  • het laboratoriummodel van de LW-radar die op het LEOK ontwikkeld is. Deze radar is behalve bij de Koninklijke Marine ook bij de Australische en Zweedse Marine in gebruik.
  • het opstellen van de specificaties, het verrichten van metingen en de overnamekeuring van de ER-438 radar van de Koninklijke Luchtmacht, die ontwikkeld en gemaakt werd bij C.S.F. in Parijs.
  • Het verrichten van dezelfde werkzaamheden voor de 3D-radar van de Koninklijke Marine, die door HSA ontwikkeld en gemaakt werd. Het LEOK heeft een groot aandeel gehad in de meetmethode en metingen van nauwkeurigheden in afstand, azimuth en elevatie. Voor deze radar werd een simulator door het LEOK ontwikkeld en gemaakt, die in de radar een 30-tal synthetische doelen kon invoeren. De doelsbanen kunnen door de gebruiker worden opgebouwd en gewijzigd.
  • Het ontwikkelen van speciale ontvangerschakelingen en signaalverwerkingen, die dienen om de doelsignalen zichtbaar te maken in moeilijke omstandigheden van grote land-, zee- en regenreflecties (clutter) en bij opzettelijke storingen (jamming).
  • Het vertrouwd maken van de strijdkrachten met opzettelijke storing. Hiervoor werden door het LEOK stoorzenders ontwikkeld en gebouwd die door vliegtuigen meegevoerd kunnen worden en dienen om de eigen radars te storen en de radarbedienaar te leren hun anti-storingsfaciliteiten te gebruiken.

In 1967 wordt Prof. Von Weiler toen hij met pensioen ging, opgevolgd door Ir. F. J. van Hutten als directeur van het LEOK.

In 1971 viert Prof. Von Weiler zijn 25-jarig buitengewoon hoogleraarschap met het houden van het Symposium Elektronische Navigatie te Delft. Dit symposium werd bijgewoond door bijna 200 vrienden en vakgenoten, waaronder velen die bij hem college hadden gelopen en bij hem afgestudeerd waren. Op 1 september 1972 beëindigt prof. Von Weiler zijn hoogleraarschap te Delft.
 
Naschrift: Op 16 september 1988 is Prof. Von Weiler te Den Haag overleden.
 
Bron: ir. R. A. Kasper, Roering Jaargang 9 nummer 2, september 1972 aangevuld met informatie uit “100 jaar Radar”.