Radar: Electrisch luistertoestel – de eerste radarontwikkeling (1936 – 1941)

“Electrisch luistertoestel” (1936 – 1941)

Bij propagatieproeven in 1936 op de grens van de werkingssfeer met de draagbare ultrakortegolf (1.25 m) zend-ontvangradiotoestellen tussen strand en de Waalsdorpervlakte hoorde men enkele malen het zeer zwakke signaal van de zender wisselend harder en zachter alsof er interferenties waren in de orde van een seconde. Kraaien en meeuwen vliegend in de buurt van de ontvanger leken de oorzaak te zijn. Deze vogels reflecteerden dus de golven. De volgende dag kreeg een militair vliegtuig de opdracht steeds heen en weer van Leiden 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 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 de pulstechniek en op het gebied van de afscherming van het zendsignaal in de ontvanger. Zelfs kon één antenne worden toegepast. 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 425 MHz (golflengte 70 cm) de grens van het mogelijke in die dagen. De uitgezonden puls had een lengte van enige microseconden en werd met een frequentie van 7,5 of 15 KHz herhaald. De zendpuls werd via twee parallelle draden (een Lecherlijn) naar de antenne gevoerd en vervolgens uitgezonden.

Voor zenden en ontvangen werd dezelfde antenne gebruikt. Daarvoor was een schakeling bedacht die er voor zorgde dat tijdens zenden de ingang van de ontvanger nagenoeg werd geblokkeerd en tijdens ontvangen het ontvangen signaal vrijwel geheel naar de ontvanger ging. De antenne bestond uit rijen dipolen met daarachter een reflector van circa drie bij drie meter van gaas. Het resultaat was een kegelvorminge stralenbundel met een openingshoek van ongeveer 15 graden. 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. Het ontvangen signaal werd zichtbaar gemaakt op een kathodestraalbuis met cirkelvormige tijdbasis. Maar het kon ook hoorbaar worden gemaakt in een koptelefoon. Daartoe werd de uitgezonden puls in amplitude gemoduleerd met een 1000 Hz signaal. Vandaar dat het toestel de naam “electrisch luistertoestel” kreeg. Die benaming paste ook bij eerder gedaan onderzoek. Tijdens de Tweede Wereldoorlog werd dit RAdio Detection And Ranging (“radar“). In 1938 was het eerste laboratoriummodel gereed.

Model van het "electrisch luistertoestel"
Model van het “electrisch luistertoestel”

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 Minsterie 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 genraal 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 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 ontwikkeling: het Meetgebouw moest research, geen ontwikkeling doen. 

Tenslotte werd door het departement in 1939 alsnog besloten dat de ontwikkelingsserie van tien stuks 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 in 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)).

Overdracht Electrisch luistertoestel aan de Landmacht (1939)
Overdracht Electrisch luistertoestel aan de Landmacht (1939)

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 Hoogheid had gelijk. Het electrisch luistertoestel kon een Fokker jager C5 op circa 15 kilometer (bij 15 kHz) detecteren.  Grotere vliegtuigen en vooral groepen van vliegtuigen konden op een afstand van 30 kilometer (bij 7.5 kHz uitzendingen) worden gedetecteerd.

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. Ook de Marine raakte geïnteresseerd. Het op de Hr.Ms. Sumatra installeren van een prototype van het electrisch luistertoestel ging niet door door het uitbreken van de oorlog.
Één electrisch luistertoestel stond bij het uitbreken van de oorlog op het dak van het Meetgebouw in verband met de geplande demonstratie op 10 mei 1940 van een door het Meetgebouw ontwikkelde responder die een vriend of vijand (later IFF geheten) signaal kon terugsturen op basis van de ingestraalde energie door een elektrisch luistertoestel (eerdere experimenten met het IFF-systeem op de toren van  de Grote Kerk in Den Haag en de toren van de Nieuwe Kerk in Delft met het electrisch luistertoestel opgesteld op Waalsdorp toonden aan dat het IFF systeem in principe goed werkte). Het elektrisch luistertoestel werd die dag ijlings naar beneden gehaald. 

Een ander elektrisch luistertoestel stond opgesteld op de Hertenkamp (Maliebaan) in Den Haag bij een paar mitrailleurs. Met het apparaat werden Duitse vliegtuigen gepeild. Om te voorkomen dat deze toestellen in Duitse handen vielen werden ze vernietigd. Het was de Koninklijke Marine die bewerkstelligde dat Von Weiler en Staal 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. Volgens het boek “WEG” van Danny Verbaan zouden de heren met de Scheveningse motorreddingsboot Zeemanshoop vanuit haven van Scheveningen overgezet zijn op de HMS Malcolm. De HMS Malcolm heeft ze daarna naar de in de haven van Hoek van Holland liggende HMS Wessex gebracht (ref: Roering jg 33, nr 1, p.72, 1996).
In hun bagage zaten de tekeningen van het “electrisch luistertoestel”. Essentiële onderdelen van een derde electrisch luistertoestel werden door parachutistenlinies heen naar IJmuiden getransporteerd en naar Engeland verscheept. Alle andere werd vernietigd en verbrand, inclusief alle correspondentie en tekeningen.

Een aantal jaren geleden echter ontdekte het museum dat bij het Depot Defensie Archieven het volledige pakket calquen van het electrisch luistertoestel aanwezig was. Die calquen zijn gemaakt bij de firma J.B. van Heijst en Zn, Den Haag. Ook het Nationaal Archief bleek over niet vernietigde geheime ontwerpen te beschikken in de correspondentie tussen de Commmisse voor Physische Strijdmiddelen en de Genie.

Electrisch luistertoestel
Electrisch luistertoestel (zijaanzicht)

 

Electrisch luistertoestel
Electrisch luistertoestel

In Engeland aangekomen bleek dat Von Weiler en Staal voor de Engelsen (Admiralty’s HM Signal School) interessante kennis hadden. De ontwikkeling in Waalsdorp lag voor op de Engelse op het gebied van impulstechniek en op de gecombineerde zend- en ontvangantenne, daarentegen konden de Engelsen 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 ze beschadigd raakten! Overigens was het bestaan van de Britse radaractiviteiten voor de twee Nederlanders een verrassing.
Von Weiler ging werken op het Admiralty Signal Establishment (ASE) bij Portsmouth. Dat ging later Admiralty Radar Establishment en nog later Admiralty Surface Weapon Establishment (ASWE) heten. Onder leiding van Von Weiler werd met de onderdelen van het eerder genoemde derde toestel weer een geheel elektrisch luistertoestel gemaakt uitgerust met een Engelse Yagi-antenne. Het werd geschikt gemaakt om te dienen als radarafstandmeter voor de moderne Hazemeyer-vuurleiding geïnstalleerd op HNLMS Isaac Sweers. Die was gekoppeld aan een gestabiliseerde 40 mm anti-luchtdoel Bofors-mitrailleur, een unieke combinatie en de eerste van zijn soort in de wereld. Helaas ging de Isaac Sweers bij Gibraltar verloren door een torpedo.

Luistertoestel zender-ontvanger op de Isaac Sweers
Electrisch luistertoestel zender-ontvanger (radar) op de Hr. Ms. Isaac Sweers

 

Bronnen

Deze tekst is voor een groot deel ontleend aan Prof. Van Soest’s bijdrage aan het herdenkingsboek Physisch Laboratorium 1927 – 1977. Enkele details zijn aangevuld met informatie uit Ir. Max Staal’s artikelenreeks “Hoe de radar naar Hengelo kwam” gepubliceerd in Roering 1996-1998.

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.