BASIS_electrluistertoestel

Bij propagatieproeven in 1936 op de grens van de werkingssfeer met de draagbare ultrakortegolf (240 MHz/1.25 m) zend-ontvangradiotoestellen tussen strand en de Waalsdorpervlakte hoorde men dat gedurende korte tijd op opvallende wijze het signaal vrij snel periodiek in sterkte wisselde alsof er interferentie optrad. Van Soest vroeg zich af of de overvliegende kraai daarvan de oorzaak kon zijn. Even later trad het verschijnsel weer op, deze keer vloog een zilvermeeuw over. Deze vogels reflecteerden dus de golven. De volgende dag kreeg een militair vliegtuig de opdracht steeds heen en weer van Noordwijk naar Hoek van Holland over Waalsdorp te vliegen. Het interferentie-effect en de reflecties waren zeer duidelijk. Von Weiler en Van Soest die deze proeven deden begrepen spoedig de draagwijdte ervan: op actieve detectiewijze konden vliegtuigen worden opgespoord.

Snel trok Von Weiler een paar conclusies:

1. Als de reflectie werkt met zender en ontvanger op afstand moet ook detectie mogelijk zijn als de zender en ontvanger op één plaats zijn opgesteld, mits de nodige onderlinge afscherming mogelijk is.
2. Weliswaar hebben de elektromagnetische golven een hoge snelheid, maar de eindige tijd kan misschien gemeten worden als voor het uitgezonden signaal via een richtantenne een pulsvorm gebruikt wordt. Daaruit volgt dat de tijd maal 300 km/s de dubbele afstand geeft tot het doel (looptijd van zender tot doel + looptijd van doel tot ontvanger).

Onder leiding van Von Weiler werd met een groot deel van het personeel verder onderzoek opgezet. Als typerend voorbeeld geldt de vondst van één der technici, Tabbernée. Om aan bepaalde eisen van capacitieve koppeling in het elektrisch circuit tegemoet te komen, gebruikte die een methode welke de Tabbernée·condensator werd genoemd. Bijzonder goede vondsten werden gedaan op het gebied van pulstechniek en op het gebied van de afscherming van het zendsignaal in de ontvanger. Zelfs kon één antenne worden toegepast. Andere landen (bijv. Engeland) gebruikten een continu zendsignaal en gescheiden antennes op tientallen meters van elkaar. Daarbij is het echter moeilijk het tijdsverloop tussen zenden en ontvangen te bepalen en daarmee het berekenen van de afstand. 

De antenne moest groot zijn, want de terugontvangen energie bij een vliegtuig op behoorlijke afstand was bijzonder klein. Hoe hoger de frequentie van de elektromagnetische golf, hoe kleiner de antenne zou kunnen worden. Helaas kon Philips ons nog maar matig helpen. Ook het buitenland bracht ons niet verder. Om die reden was het zendergedeelte op 425 MHz (golflengte 70 cm) de grens van het mogelijke in die dagen. De zender bestond uit een zelfgenererende, uitwendige gepulste  oscillator, uitgerust met een zogenaamde pot-kring. Voor de stabiliteit van de zendfrequentie gebruikte Von Weiler een trillende monelstaaf. Als zendlampen werden eerst vier Telefunken RS 297 buizen, later vier Western Electric TB 04/8 “appellampen” gebruikt; equivalente Philips buizen werkten niet goed. Het uiteindelijke productiemodel van de pulsgenerator bestond uit slechts twee buizen in een balansschakeling. 
De uitgezonden puls had een lengte van ongeveer 3 microseconden. De pulsherhalingsfrequentie was hoog en beliep 15.000 respectievelijk 7.500 pulsen per seconde (PRF) voor de detectieafstanden van 10 resp. 20 km. Het output piekvermogen was 1 kW. De zendpuls werd met een koppellus afgetakt uit een afgestemde trilholte; deze lus werd met twee parallelle draden (een Lecherlijn) naar de antenne gevoerd en vervolgens uitgezonden.  

Het ontvangergedeelte was een enkele superheterodyne uitgerust met een zelfgenererende ”mixer” (eikelpenthode) aan de ingang. De middenfrequentie bedroeg 6 MHz; de middenfrequentversterker was uitgerust met de steile Telefunken penthode AF100. Vele voorzorgen zoals afscherming en h.f.-ontkoppeling waren nodig om onaangename effecten tengevolge van de krachtige zendpuls (zoals “ringing”, etc.) uit de ontvanger te houden. 

Voor zenden en ontvangen werd één-en-dezelfde antenne gebruikt. Tijdens het zenden bleef de ontvangeringangsketen normaal op de coaxiale antennekabel aangesloten; er werd dus in het geheel niet omgeschakeld. De mixerbuis (eikelpenthode) was voorzien van een begrenzingsweerstand in de roosterketen, waardoor het rooster tijdens de zendpuls automatisch op een hoge negatieve spanning werd gebracht. Hierbij veranderde ook de ruimtelading in de buis, waardoor de ontvangeringangskring bovendien automatisch verstemd werd (“RX/TX switch”).
De minimum detectieafstand ten gevolge van de zendpulsperiode bedroeg circa 400 à 500 meter. Voor het onderdrukken van echo’s van nabije objecten kon de ontvanger van de eerste proefmodellen ook voor langere tijd worden geblokkeerd; later is deze voorziening verlaten. 

De matras- of ‘billboard’-antenne bestond uit 64 parallel geschakelde  ½ƛ-dípolen daarachter een een reflecterend metaalvlak (kopergaas) van circa drie bij drie meter. Het resultaat was een kegelvormige stralenbundel met een openingshoek van ongeveer 15 graden. De antenneversterking bedroeg ca. 23 dB t.o.v. een isotropische straler.

De toenmalige minister van Defensie, Hendrik Colijn (1935-1937), zag het nut in van deze ontwikkeling en stimuleerde de proefnemingen.

Verbonden met fietspedalen en een ketting kon de antenne met de voeten worden gebakst en met behulp van een hendel met de hand worden geëleveerd door de ‘bedienende ambtenaar’. De onderstaande tekeningen suggereert twee “bedienende” fietsers en een derde persoon die naar de scope keek c.a. koptelefoon luisterde. 

Het ontvangen signaal werd zichtbaar gemaakt op een normale kathodestraalbuis. Er werd een cirkelvormige, dus pi keer langere, tijdbasis gebruikt (een zogenaamde J-scoop, een andere innovatie door Von Weiler). Door middel van de stuurgenerator van de pulsgever en een l.f.-fasedraaiend netwerk (10 resp. 20 kHz) werd een cirkel op het scherm geschreven. De radiale afwijking door het m.f.-signaal gaf aanvankelijk enige moeilijkheden. De oplossing was het gebruik van een tweede fasedraaiend netwerk voor de 6 MHz frequentie waarmee een pseudo-radiale uitwijking van het echosignaal werd verkregen.

Met Philips vonden beprekingen plaats omgtrent een speciale kathodestraalbuis voor een cirkelvormige tijdbasis waarbij een bijzondere extra elektrode voor radiale afbuiging van de straal zorgde. Een proefmodel van een dergelijke buis arriveerde laat in een namiddag. Te laat om er nog iets mee te kunnen proberen. Dus borg Von Weiler de buis op in een kast met de bedoeling er de volgende dag mee verder te gaan. Dat heeft hem waarschijnlijk voor ernstig letsel behoed. Want toen devolgende ochtend de kast openging bleek de buis spontaan te zijn geïmplodeerd. De glasscherven zaten centimeters diep in het hout van de kast! [bron: D.W. Rollema, 12/1983]  

Het ontvangen kon ook hoorbaar worden gemaakt in een koptelefoon; in het algemeen bleek de gehoordetectie minder vermoeiend te zijn dan het gespannen observeren van de kathodestraalbuis. Voor dit geluid werd de uitgezonden puls in amplitude gemoduleerd met een 1 kHz signaal ten einde later de ontvangen echo met de koptelefoon hoorbaar te maken. Vandaar dat het toestel de naam “electrisch luistertoestel” kreeg. Die benaming paste ook bij eerder gedaan onderzoek. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werd dit Range and Direction Finding (RDF) en later RAdio Detection And Ranging (“radar“). In 1938 was het eerste laboratoriummodel gereed. Een kettingoverbrenging met trappers zorgde voor de horizontale draaiing door de bedienaar; de vertikale rsignaal ichting van de antenne kon met een hendel aangepast worden. 

Versies van onderdelen volgden elkander in de volgende twee jaar snel op. Onkundig van het feit dat ook in andere landen aan het probleem werd gewerkt, besefte men in Waalsdorp de grote waarde van deze ontwikkeling. Omdat de gewone luistertoestellen de snelle vliegtuigen nauwelijks meer konden volgen, kwam het elektrische luistertoestel als geroepen. Toch duurde het even voordat het Ministerie van Defensie (vanaf 1928 was het Ministerie van Oorlog omgedoopt tot Ministerie van Defensie) i.c. de Koninklijke Landmacht, het militaire nut van deze nieuwe technologie onderkende.
 

Een generaal, die kwam kijken, vroeg: “Als ik er wat emmers water overheen gooi, werkt ’t dan nog?”. “Neen”, zei Von Weiler. Toen wou de generaal er een emmer zand in gooien. Dat mocht ook niet. Daarna wilde de generaal weten of iedere boer er mee kon werken. “Nee, er zou een korte opleiding nodig zijn”. “Dan hebben we er militair niets aan”, was het antwoord.
Een andere generaal vroeg: “Kan het apparaat nu ook worden vervoerd? Nog niet, zei Von Weiler, “maar we zijn bezig het toestel in een verend frame op te hangen.” Von Weiler hoorde de generaal zeggen: “Militair dus een volkomen onbuikbaar apparaat!” [bron: Rollema]
Een hoogleraar bekeek de proefapparatuur: “Wel aardig, maar groot”. “Nu nog zó groot” en hij wees met zijn handen zo’n paar kubieke decimeter.

 
Aan het Departement van Defensie werd verzocht om, terwijl de research nog voortduurde, een kleine serie in ontwikkeling te mogen nemen. Het Departement gaf echter geen toestemming gaf tot deze productontwikkeling: het Meetgebouw moest research, geen ontwikkeling doen. Wel werd in maart 1939 15.000 gulden ter beschikking gesteld om een proefmodel voor militair gebruik te ontwikkelen van het “Opsporingsmodel M39”. Het laatste laboratoriummodel van de antenne plus bevestigingsmechanisme werd ontworpen door de Atillerie Inrichtingen (AI) en uitgevoerd door de Haagse firma van Heijst.

Na een demonstratie van het apparaat zei een oud-minister: Uw laboratorium, mijnheer van Soest, leidt aan de vloek der perfectie. 

Tenslotte werd door het departement in 1939 alsnog besloten dat een ontwikkelingsserie van tien “provisorische, niet-mobiele toestellen”, type M39, door de NSF (Nederlandse Seintoestellen Fabriek) zeer in het geheim gemaakt zou worden, dat Waalsdorp de tekeningen zou leveren, en dat de dienstplichtige ir. Max Staal te Waalsdorp zou worden gestationeerd. Hij werd belast met de coördinatie van de productie die in verband met de geheimhouding verspreid was over drie bedrijven waaronder firma J. B. van Heijst en Zonen NV en twee laboratoria (Universiteit Leiden (zender), Technische Hoogeschool Delft (ontvanger).

Eind 1939 werd voor Prins Bernhard een demonstratie van het electrisch luistertoestel gegeven. Helaas hing er op de dag van de demonstratie een dikke mist, zodat er geen vliegtuig kon opstijgen. Von Weiler liet daarom de radarecho’s van de kerktorens in de omgeving van Waalsdorp zien. “Je kunt de katholieke kerken zeker beter zien dan de protestantse?” vroeg de prins. “Waarom denkt u dat Koninklijke Hoogheid?” “Nou de katholieke kerken hebben een groot metalen kruis op de toren.” Zijne Koninklijke Hoogheid had gelijk.

Het electrisch luistertoestel kon een Fokker C.V verkenner op circa 15 kilometer (bij 15 kHz) detecteren.  Grotere vliegtuigen en vooral groepen van vliegtuigen konden zelfs op een afstand van 30 kilometer (bij 7.5 kHz uitzendingen) worden gedetecteerd. Als een vliegtuig een bocht maakte gaf dat aanleiding tot typeische verschijnselen in de echo’s. De invloed van de propellor (of propellors) was zeer goed merkbaar.

Bij het uitbreken van de oorlog waren vier stuks (over het aantal voor gebruik beschikbare exemplaren spreken de geraadpleegde documenten elkaar tegen) van het electrisch luistertoestel gereed (tien stuks waren besteld en in aanbouw). Ook de Koninklijke Marine raakte geïnteresseerd. Installatie van een prototype van het apparaat op de H. Ms.  Sumatra heeft echter niet plaatsgevonden vanwege het uitbreken van de oorlog.

Er waren plannen voor doorontwikkeling. Een wens was om nog kortere golflengten te gebruiken waardoor de grote antenne verkleind zou kunnen worden. Men dacht aan 15 cm golven, maar de toentertijd bestaande buizen konden die niet opmekken met enig redelijk vermogen. Verder werd gedacht aan een ‘ladderantenne’, een richtantenne met de dipolen boven elkaar: een scherpe bundeling in het vertikale vlak en een vrij brede azimuthale richting. Door de antenne te laten ja-knikken werd daardoor een hoogteradar mogelijk. Ook werd nagedacht over de combinatie van het electrisch luistertoestel met zoeklichten en met luchtdoelartillerie. Daarnaast was een proefneming op schepen aan de kust te Scheveningen gepland. Deze plannen konden niet doorgaan door de inval van de Duitsers. 

Tweede Wereldoorlog

Één electrisch luistertoestel stond bij het uitbreken van de oorlog op het dak van het Meetgebouw in verband met de geplande demonstratie voor militaire autoriteiten op 10 mei 1940, de dag van de Duitse inval, van een door het Meetgebouw ontwikkelde herkenning vriend of vijand (later Identification Friend or Foe (IFF) geheten) signaal kon terugsturen. Het toestelletje, aansprekend op de ingestraalde energie door een elektrisch luistertoestel, gaf als responder met een code antwoord. Eerdere experimenten met het IFF-systeem op de toren vanaf de Grote Kerk in Den Haag en de toren van de Nieuwe Kerk te Delft met het electrisch luistertoestel opgesteld op Waalsdorp toonden aan dat het IFF-systeem in principe goed werkte. Ook in dit geval stond het herkenning vriend of vijand apparaat opgesteld in de toren van de Haagse Grote Kerk (om een vliegtuig uit te sparen).

Het electrisch luistertoestel op het Meetgebouw werd die dag ijlings naar beneden gehaald en verplaatst naar het Hertenkamp (Maliebaan; later het Malieveld) in Den Haag naast een mitrailleur. Met het apparaat werden Duitse vliegtuigen gepeild. Om te voorkomen dat het apparaat in Duitse handen viel, werd het bij de capitulatie met handgranaten tot een vormloze massa vernietigd.

Het was de Koninklijke Marine die bewerkstelligde dat Von Weiler en Staal (als vervanger van de eerst aangewezene dhr. Gratama die ziek was) op 14 mei ‘s-morgens tezamen met de Engelse marineattaché admiraal Sir Gerald Dickens en zijn gevolg de overtocht met de Engelse torpedobootjager Wessex van Hoek van Holland naar Engeland konden maken. Von Weiler belde die ochtend vroeg aan bij Staal’s huis: “Kun je met me mee naar Engeland?” Staal antwoordde met een slaperig gezicht: “Ja, dat is een goed idee. Ik heb ongeveer veertien dagen nodig om te pakken.” Von Weiler: “Als ik over tien minuten terugkom, ben je dan klaar?” [bron: Rollema]

Omdat Hoek van Holland in brand stond en onbereikbaar was, werd de admiraal en zijn gevolg met de Scheveningse reddingboot Zeemanshoop overgezet op de torpedobootjager op de HMS Malcolm die naar de rede van Scheveningen was gevaren. De HMS Malcolm heeft ze daarna naar de in de haven van Hoek van Holland liggende HMS Wessex gebracht (bron: Roering jg 33, nr 1, p.72, 1996; “WEG” van Danny Verbaan). 

Von Weiler en Staal hadden de tekeningen van het electrisch luistertoestel bij zich. In Engeland stond er een auto gereed voor de admiraal en zijn medereizigers; naar legitimatiepapieren werd niet gevraagd. Essentiële onderdelen van een ander electrisch luistertoestel werden door Duitse parachutistenlinies heen naar Zandvoort getransporteerd en vandaar via IJmuiden naar Engeland verscheept. In Nederland werden alle overgebleven onderdelen van het electrisch luisterapparaat systematisch vernietigd en verbrand, inclusief alle correspondentie, tekeningen, modellen en foto’s. 

In Engeland aangekomen bleek dat Von Weiler en Staal voor de Engelsen (Admiralty’s HM Signal School) interessante kennis hadden: een compact apparaat dat goed de afstand kon bepalen en dat met één zend-/ontvangantenne. De ontwikkeling op Waalsdorp lag voor op de Engelse op het gebied van impulstechniek en op de gecombineerde zend- en ontvangantenne. 

De Engelsen daarentegen konden met hun magnetron tot kortere golflengten komen. Bovendien stopten ze méér energie in elke puls; dat was men in Waalsdorp vergeten. Dankzij de korte puls kon met de zendbuizen veel meer vermogen uitgezonden worden zonder dat de buizen beschadigd raakten! Overigens was het bestaan van de Britse radaractiviteiten voor de twee Nederlanders een verrassing.

Recente inzichten over het electrisch luisterapparaat M39

Ruim na de Tweede Wereldoorlog zijn een aantal artikelen verschenen over de ontwikkeling van het electrisch luisterapparaat. Alle informatie was “noodvernietigd”.  Een aantal jaren geleden ontdekte het museum dat bij het Depot Defensie Archieven het volledige pakket calquen van de constructie het electrisch luistertoestel aanwezig was. Die  calquen (H100-1) zijn gemaakt bij de firma J.B. van Heijst en Zn, Den Haag en zijn gedateerd 8 mei 1940. Ook het Nationaal Archief bleek over niet-vernietigde geheime ontwerpen te beschikken in de correspondentie tussen de Commmisse voor Physische Strijdmiddelen en de Genie.

 

In het museumarchief zitten een aantal tekeningen die Von Weiler na de oorlog aan van Soest gegeven heeft. Daaronder een aantal elektronische tekeningen van hethet electrisch luistertoestel M39. Daarnaast ook de verzameling mechanische en elektronische tekeningen, handleidingen en bestelbonnen betreffende de “Dutch” vuurleidingsradar RDF 289 (sommige tekeningen hebben brandvlekken door gemorste sigarenas door Von Weiler). In fabruari 2025 ontdekten we tussen deze tekeningen twee rijstpapieren velletjes:  het Zeer Geheime, in het Engels, gestelde rapport “Electromagnetic Range and Direction Finder” over de werking en performance van het electrisch luistertoestel geschreven door Von Weiler en Staal voor de Engelse gastheren.  Hierdoor is nog meer duidelijk geworden over de performance van het electrisch luisterapparaat anders dan uit de overleveringen na de wereldoorlog.

Technische gegevens van het electrisch luistertoestel M39 (radar)

• Golflengte 70 cm / 425 MHz.
• Antenne: 6 x 9 dipolen op een gazen reflector (matras), afmetingen 2 x 3 x 0,2 m.
• Er is één antenne voor zenden en ontvangen.
• Door het eerste rooster van de IF-versterker negatief uit te sturen bij zenden en een instelbare tijd na de zendpuls wordt (1) de ontvangversterker niet overbelast en (2) worden reflecties van nabije objecten onderdrukt.  
• Zendpulsduur was 2 microseconden volgens het Electromagnetic Range and Direction Finder rapport (bronnen na WW II: 3 microseconden).
• Zendvermogen 1 kW (gepulst) opgewekt met vier appelbuizen (doorknob tubes).
• Pulsherhalingsfrequenties waren 7.5 en 15 kHz. Volgens het Electromagnetic Range and Direction Finder rapport was het maximale afstandsbereik 15 resp. 7.5 km (bronnen na WW II:  20 resp. 10 km).
• Accuraatheid afstandmeting: +/- 50 m
• Accuraatheid richtingbepaling: +/- 2 graden 
• In de ontvanger werden vier parallel geschakelde miniatuurbuisjes gebruikt gekoppeld aan een Kolster-kring: zogenaamde eikelbuisjes (acorn tubes; Western Electric 316)
• Om de puls hoorbaar te maken met een koptelefoon, werd de uitgezonden puls in amplitude gemoduleerd met 1 kHz.
• Opgenomen vermogen 750 W; 1250 V D.C.
• HF-output: 40 W gemiddeld; vermogen in de pulsen 500 W. 

Bronnen

• Deze tekst is voor een groot deel ontleend aan “Nederlandse radarontwikkelingen voor de 2e Wereldoorlog”, Ir. S. Gratama (1960) en Prof. Van Soest’s bijdrage aan het herdenkingsboek Physisch Laboratorium 1927 – 1977. Details zijn aangevuld met informatie uit Van Soest’s artikel in de Ingenieur jrg. 84. nr 9, 3 maart 1972, Ir. Max Staal’s artikelenreeks “Hoe de radar naar Hengelo kwam” gepubliceerd in Roering 1996-1998, en “Nederland op de radar”, De Ingenieur van 4 mei 2007.
• Archief Van Soest, mappen Electrisch Luistertoestel/Von Weiler tekeningen, Museum Waalsdorp.
• Von Weiler en Staal (mei/juni 1940), Electromagnetic Range and Direction Finder, 82 Zeer Geheim (vervallen): Engelse beschrijving van de werking en performance van het electrisch luistertoestel, Museum Waalsdorp.
• “De bewogen en kortstondige loopbaan van de “Sweers”, hoofdstuk VII in  K.W.L. Bezemer (1954), Zij vochten op de Zeven Zeeën: verrichtingen en avonturen der Koninklijke Marine in de Tweede Wereldoorlog.
• [Dutch] prof. dr.ir. J.L. van  Soest (1972). IIa. Radar en Von Weiler, Symposium Elektronische Navigatie, NERG, pdf
• Ir. D.W. Rollema (1983), Radarontwikkeling vóór de Tweede Wereldoorlog, Radio Bulletin, 12/1983, pp 493-494
• [Dutch] R. van der Hulst en E. Goldbohm, Radar: een vergeten stuk geschiedenis, De Ingenieur, 2(1985)52-59
• R. van der Hulst en E. Goldbohm, Radar: een vergeten stuk geschiedenis, De Ingenieur, 2(1985)52-59
• Over Von Weiler, Roering jg 33, nr 1, p.72, 1996.

Voetnoot

Overigens werkte het Philips Natuurkundig Laboratorium vanaf 1933 aan de ontwikkeling van een splitanode-magnetron op 1 GHz, waarbij zender en ontvanger met parabolische antennes dicht bij elkaar stonden. Het lukte om met golven van 15 cm een straalverbinding tussen Eindhoven en Breda en Eindhoven en Venlo tot stand te brengen. In 1939 werden proeven met een gepulste zender op Texel gehouden waarbij een zend- en een ontvangstparabool naast elkaar stonden en een vlakke plaat (schip) als reflector diende; de proeven mislukten echter door zeeclutter. Zie: Radar: een vergeten stuk geschiedenis.