Radiocommunicatie: periode 1927 – 1935

Radiocommunicatie: periode 1927 – 1935

Deze pagina geeft kort weer wat de stand van techniek bij de start in 1927 van het Meetgebouw was op het gebied van radiocommunicatie en aan welke radiocommunicatiemogelijkheden het Meetgebouw in de jaren dertig werkte.

Vele vormen van informatietransmissie berusten tegenwoordig op het gebruik van elektromagnetische golven. De voorafgaande geschiedenis sinds de 18e eeuw omvat de waarnemingen door een groot aantal fysici die de verschijnselen van elektriciteit en magnetisme onderzochten en hun zoektocht naar een passende theoretische verklaring. Gebaseerd op dit werk postuleerde Maxwell in 1864 het verband tussen het elektrische en het magnetische veld uitgedrukt in een nieuwe mathematische vorm. Hij voerde het vervolgens veel bediscussieerde concept in van een “verplaatsingsstroom” voor een niet gesloten circuit en leidde een golfvergelijking af in de vrije ruimte gelijkend op licht. Hertz bewees vanaf 1888 de geldigheid van Maxwells’s theorie en ontdekte het voordeel van afstemming van de ontvangst op de transmissiefrequentie.

Marconi was de experimentator, die de praktische toepassing voorzag, in het bijzonder voor schepen op zee. Hij begon vanaf 1895 met proefnemingen over toenemende afstanden totdat hij in 1901 met succes de Atlantische Oceaan overbrugde vanuit Engeland. Fleming, voor Marconi werkend, rapporteerde in 1904 het gebruik van een gloeilamp met een toegevoegde elektrode als een detectiemiddel ter vervanging van de onhandige coherer. Twee jaar later voegde de Forest nog een elektrode toe aan Fleming’s diode waarmee de triode was geboren.

Marconi's ontvangstation op New Foundland. De antennedraad is verbonden aan een vlieger (bron: Nature 1902)
Marconi’s ontvangstation op New Foundland. De antennedraad is verbonden aan een vlieger (bron: Nature 1902)

In het begin van de 20e eeuw bestond radiocommunicatie alleen uit “draadloze” telegrafie. Vonkzenders tot 2 kW op schepen werkten op golflengten (zoals de toenmalige eenheid was) tussen 300 en 600 meter. Stations op het vasteland tot 400 kW gebruikten steeds langere golven tot 18 km overeenkomstig toenemende te overbruggen afstand erop vertrouwend dat het voortplantingspad het gebogen aardoppervlak volgde. Deze lange afstandstations gebruikten zware roterende generatoren en omvangrijke afgestemde antennesystemen.

Deze situatie was drastisch veranderd toen het Meetgebouw in 1927 werd opgericht. De ontwikkeling van de vacuüm triodelamp had geresulteerd in een ander type van golfopwekking. De modulatie van de zender en versterking in de vroege 20-er jaren (“transatlantische tests”) van de 20e eeuw met relatief laag vermogen op golflengten onder 300 m had het bestaan aangetoond van spiegelende lagen rond de aarde en dag/nacht verschillen in de overdracht. Aldus was de “draadloze” begonnen met de ontwikkeling van zowel commerciële als publieke (omroep) diensten, inclusief spraak- en muziektransmissie op korte golflengten tot enkele tientallen meters die kleinere antennesystemen en sterk gereduceerde vermogens vereisten. Wat betreft ontvangers werd de gelijkspanningsanodebatterij geleidelijk vervangen door gelijkgerichte wisselspanning en verscheen de indirect verhitte triode voor wisselspanningsvoeding juist aan de horizon. De eerste tetroden werd geïntroduceerd die gevolgd zou worden in de volgende jaren door meer rooster- en meer functiebuizen, aangepast aan verfijndere ontvangerschakelingen.

Zender Kootwijk ca.1918 voor telegrafie met Nederlands Oost-Indië, golflengte 17 km (17,6 kHz, vermogen 400 kW)
Zender Kootwijk ca.1918 voor telegrafie met Nederlands Oost-Indië, golflengte 17 km (17,6 kHz, vermogen 400 kW)
Experimentele zender PCJJ in 1927 van telefonie met Nederlands Oost-Indië, golflengte 30,2 m (9,936 MHz), vermogen 25 kW.
Experimentele zender PCJJ in 1927 van telefonie met Nederlands Oost-Indië, golflengte 30,2 m (9,936 MHz), vermogen 25 kW.

Experimentele zender PCJJ in 1927 van telefonie met Nederlands Oost-Indië, golflengte 30,2 m (9,936 MHz), vermogen 25 kW.Meer informatie over de PCJJ is te vinden bij het Vederfonds.

Amateurontvanger met wisselstroomvoeding 1926 van lange en middengolf.
Amateurontvanger met wisselstroomvoeding 1926 van lange en middengolf.

Rond 1930 begonnen golflengten onder tien meter (oftewel frequenties boven de 30 MHz) professionele aandacht te trekken voor communicatietoepassingen. Het was bekend dat deze frequenties niet werden gereflecteerd door geïoniseerde lagen en gemakkelijk beperkt konden worden tot een relatief kleine hoek (bundel). Een object binnen deze hoek, in afmetingen vergelijkbaar of groter dan de bundeldoorsnede, verhinderde echter transmissie of ontvangst.

De eerste indicaties van belangstelling van de krijgsmacht op dit gebied worden gevonden in 1933. Het Meetgebouw werd toen verzocht om te assisteren bij ontvangstproeven met een superregeneratieve ontvanger van signalen verzonden met een vijfmeterzender in een vliegtuig en de eisen voor een toekomstige meteorograaf voor een militaire weerballon werden besproken.
Bovendien stelde het Meetgebouw een onderzoek naar elektromagnetische straling onder de tien meter veroorzaakt door de motorontsteking van een vliegtuig om dat te gebruiken voor plaatsbepaling vanaf de grond. Met een superregeneratieve ontvanger (3-10 meterband) konden vliegtuigen tot op 10 kilometer afstand gedetecteerd worden. Dat laatste onderzoek werd in 1936 beëindigd omdat storingsonderdrukking aangebracht werd in nieuwe vliegtuigen. Dat was nodig voor de ongestoorde radio-ontvangst door het vliegtuig zelf. Daarnaast werden Duitse Junkers van Luft Hansa vanaf 1933 voorzien van dieselmotoren, die gaven ontstekingsstraling meer.

Meetaantekening 1935: Junker niet meer te horen, in augustus nog wel.

Ontvangst van de 5 m vliegtuigzender; Von Weiler (links) en Van Soest (rechts)
Ontvangst van de 5 m vliegtuigzender; Von Weiler (links) en Van Soest (rechts)

De moeilijkheden in het ontwerpen van praktische circuits in de dertiger jaren van de vorige eeuw moeten niet worden onderschat. Elk discreet onderdeel en zelfs de bedrading bestond uit een mengeling van weerstand, capaciteit en zelfinductie. Skin-effecten en reistijd van elektronen in buizen speelden een rol. In ontvangers werd het gebrek aan effectieve middelen voor hetzij versterking of frequentietransformatie voorafgaand aan demodulatie opgelost door de zogenaamde “super-regeneratieve” detectie. Deze inrichting diende zowel voor versterking als demodulatie en bevatte een periodiek (b.v. 30 kHz) zichzelf onderbrekend circuit dat hevig oscilleerde op de te ontvangen frequentie. Het belangrijkste nadeel was het hoge ruisniveau bij afwezigheid van modulatie. Zenders leverden zelfs een nog groter probleem op om het maximaal hoogfrequentvermogen op de antenne te krijgen. Dit vereiste zorgvuldige hoogfrequent-isolatie tussen het generatorcircuit en de voeding en eiste het voorkomen van stralingslekken. Ook temperatuureffecten en frequentiestabiliteit speelde een rol.

Experimental UHF receiver 1.5 m (1933)
Experimental UHF receiver 1.5 m (1933)

Vanaf 1934 experimenteerde Von Weiler met twee push-pull en enkele buis zenderontwerpen tot 1 m golflengte gebruikmakend van hoogvermogen direct verhitte triodes.

 

Ultrakortegolfontvanger 1934
Ultrakortegolfontvanger 1934
Meting van ontstekingsruis aan vleugelloos vliegtuig
Meting van ontstekingsruis aan vleugelloos vliegtuig

Een vonkzender is het eerste model radiozender die bijvoorbeeld voor radiotelegrafie gebruikt werden. Een vonkzender maakte elektromagnetische en elektrostatische velden letterlijk in de atmosfeer door elektrische vonken uit te spuwen. Zo’n vonkzender wordt meestal uitgevoerd in combinatie met een afgestemde kring. Deze kring bestaat uit een spoel plus een condensator die in serie zijn geschakeld. Vlak nadat een vonk is overgesprongen is de vonkbrug nog enigszins geleidend. Dit komt omdat de lucht ter plaatse is geïoniseerd. Op dat moment ontstaat een oscillatie in de afgestemde kring die gedurende korte tijd hoogfrequente (HF) energie kan afgeven in het ritme van de onderbreker. Hieronder de foto van de 1,5 meter vonkzender ontwikkeld in het Meetgebouw in 1935

U.K.G. vonkzender 1,5 m 1935
UKG vonkzender 1,5 m 1935
Gloeidraad smoorspoel (buis met verstelbare plunjer)
Gloeidraad smoorspoel (buis met verstelbare plunjer)
"Tempel"-model zender (push-pull schakeling)
“Tempel”-model zender (push-pull schakeling)