Die Entwicklung der drahtlosen Telegrafie. Vorläufer der modernen Rundfunktechnik

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung

2. Was sind elektromagnetische Wellen?

3. Entwicklungen im Vorfeld der Funktechnik
3.1 Entdeckung der elektromagnetischen Wellen
3.2 Der Branly-Kohärer
3.3 Syntony
3.4 Die ersten Hochfrequenzmaschinen
3.5 Der Luftdraht

4. Drahtlose Telegrafie
4.1 Guglielmo Marconi
4.2 Adolf Slaby und Graf von Arco
4.3 Der Braunsender
4.4 Der Drehkondensator
4.5 Der Löschfunkensender
4.6 Der Lichtbogensender
4.7 Hochfrequenzmaschinen und Amplitudenmodulation

5. Ausblick: Die Entstehung des modernen Rundfunks
5.1 Der Siegeszug der Elektronenröhre
5.2 Die Frequenzmodulation
5.3 Der Transistor

6. Fazit

Anhang:

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1. Einführung

Die moderne Welt, wie sie sich heute darstellt, ist ohne die Hochfrequenztechnik nicht mehr denkbar. Fernsehen, Radio, Mikrowelle und Handy, um nur einige Beispiele zu nennen, sind Gegenstände des Alltags geworden, die, hätte Heinrich Hertz die elektromagnetischen Wellen 1888 nicht entdeckt, heute nicht vorhanden wären.

Diese kleine Auswahl an Geräten macht deutlich, wie wichtig die Erfindungen der letzten hundert Jahre in diesem Bereich sind.

Die vorliegende Seminararbeit will einen Einblick über die Entwicklung der drahtlosen Telegrafie geben, die als Vorläufer der modernen Rundfunktechnik zu betrachten ist. Dazu wird zunächst eine kurze Einführung in die Theorie der Radiowellen gegeben, um grundlegend zu klären, welche Eigenschaften sie haben.

Im Anschluss daran werden die Entwicklungen im Vorfeld der drahtlosen Telegrafie beschrieben. Hierbei soll vor allem deutlich werden, dass mit den Entdeckungen von Hertz, Branly, Lodge, Tesla und Popow grundsätzlich schon alle Bestandteile der drahtlosen Telegrafie vorhanden waren.

Darauf folgend wird im Hauptteil der Arbeit die Entwicklung der drahtlosen Telegrafie vom ersten funktionstüchtigen Sender bis hin zu den leistungsfähigen Maschinensendern gezeigt. Dazu wird beginnend mit dem Erfinder der drahtlosen Telegrafie, Guglielmo Marconi, die Entwicklung anhand der wichtigsten Erfindungen und Entdeckungen von Professor Adolf Slaby, Professor Ferdinand Braun, Adolf Koepsel, Max Wien und Valdemar Poulsen dargestellt. Schließlich endet dieser Teil mit der Erläuterung der leistungsfähigen Hochfrequenzsender und der damit verbundenen Amplitudenmodulation.

In einem anschließenden Ausblick soll auf die Fortentwicklung der drahtlosen Telegrafie hin zum modernen Rundfunk eingegangen werden. Dieser beschränkt sich jedoch auf die Entwicklung beziehungsweise Erfindung der Elektronenröhre, der Frequenzmodulation und des Transistors.

Schließen wird die Arbeit mit einem Fazit, welches die Bedeutung der Rundfunktechnologie für die Zukunft anreißen wird.

2. Was sind elektromagnetische Wellen?

Im Gegensatz zu Schallwellen oder Wasserwellen ist der Mensch nicht in der Lage Radiowellen durch Sinnesorgane zu empfinden.

In manchen Lehrbüchern werden elektromagnetische Wellen mit der Ausbreitung von Wellen im Wasser verglichen und bis in die 20iger Jahre des 20. Jahrhunderts glaubte man, dass es einen Weltäther¹ gäbe, einen unsichtbaren, nicht nachweisbaren Stoff, in dem sich die Radiowellen zwischen beliebigen Punkten auf der Erde ausbreiten würden. Heute jedoch weiß man, dass sie sich, als Charakteristikum dieser wellenartigen Erscheinung, auch im Vakuum, also in einem absolut mediumslosen Raum, ausbreiten².

Die Theorie, dass Licht- und Radiowellen eng miteinander verwandt sind, stellte James Clark Maxwell bereits 1864 auf³. Beide breiten sich mit derselben Geschwindigkeit aus, nämlich der Lichtgeschwindigkeit.

Der Nachweis, dass sich elektromagnetische Wellen wirklich wellenförmig ausbreiten, ist durch moderne Geräte möglich. Dazu wird die elektrische Feldstärke gemessen, welche die Fähigkeit der Welle darstellt, auf ein „elektrisch geladenes Teilchen eine Kraft auszuüben“⁴. Die Messvorrichtung zeigt neben der Richtung der Feldstärke an, ob sie positiv oder negativ geladen ist. Die sich ausbreitende Welle bewirkt, dass die Feldstärke bis zu einem positiven Maximum anschwillt, dann schwächer wird, bis ihre Stärke gleich Null ist. Danach steigt sie bis zu einem negativen Maximum an, um anschließend wiederum schwächer zu werden. Da sich dieser Vorgang in einem bestimmten Zeitfenster wiederholt, spricht man hier von der Schwingungsdauer. Den Wellenberg, also der Abstand zwischen einer Feldstärke von Null und dem Maximum, bezeichnet man als Amplitude (Abbildung 1). Der Kehrwert der Schwingungsdauer, die Frequenz, wird in Hertz gemessen. Die Wellenlänge ergibt sich aus Abbildung 1: Amplitude und Schwingungsdauer⁵ Der Schwingungsdauer multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit. Sie gibt also die Strecke an, die ein Schwingungsvorgang benötigt⁶.

Bei größerer Entfernung wird die nachweisbare Welle immer schwächer. Dies resultiert daraus, dass sich Radiowellen kugelförmig ausbreiten und daher die eingenommene Oberfläche mit zunehmender Entfernung größer wird. Somit kommt weniger Energie auf eine Flächeneinheit. Neben der elektrischen Feldstärke ist auch die magnetische Feldstärke der Welle durch entsprechende Messanordnungen nachweisbar.

Die magnetische Feldstärke ist entsprechend der elektrischen Feldstärke die Fähigkeit der Welle, auf ein Teilchen mit magnetischem Feld zu wirken. Mit der Messanordnung ist feststellbar, dass die elektromagnetische Welle entsprechend ihrem Namen neben der elektrischen auch eine magnetische Komponente hat. Wie Lichtwellen durch einen Spiegel, sind auch Radiowellen spiegelbar. Anders als beim Licht, dient hier aber die Erde als Reflektor und die elektromagnetischen Wellen werden bei der Reflexion gestreut⁷.

3. Entdeckungen im Vorfeld der drahtlosen Telegrafie

3.1 Die Entdeckung der elektromagnetischen Wellen

1864 folgerte James Clark Maxwell aus seiner Feldtheorie die Existenz elektro- magnetischer Wellen⁸. Ein Beweis dieser Theorie gelang ihm jedoch nicht. Erst 1888 gelang es Heinrich Hertz diese Theorie experimentell nachzuweisen. Dazu setzte er eine Funkenstrecke und einen ringförmig gebogenen Draht mit Kugeln an dessen Enden ein⁹.

Die Funkenstrecke war ein dicker, gerader Draht mit jeweils einer Kugel an dessen Ende und einer Unterbrechung, einem Luftspalt in dessen Mitte, wo bei Anlegung einer Stromquelle Funken übersprangen¹⁰. Dass diese Funkenstrecke tatsächlich elektromagnetische Wellen aussendete, konnte Hertz dadurch nachweisen, indem er, bei angeschlossener Stromquelle an der Funkenstrecke, in einiger Entfernung kleine Fünkchen zwischen den Kugeln des Drahtrings, genannt Resonator, überspringen sah¹¹. Da keine Energiequelle an den Resonator angeschlossen war, konnten diese Funkenübergänge nur aus den ausgesendeten Wellen resultieren. Die Funkenstrecke diente also als Sender der elektromagnetischen Wellen und der Resonator als Empfänger (Abbildung 2), bei dem bei auftreffenden Wellen Funken übersprangen. Hertz dehnte zwar die Abbildung 2: Hertzsender und -empfänger¹² Entfernung zwischen Funkenstrecke und Resonator bis auf fünfzehn Meter aus, ein Interesse an der Anwendung seiner Entdeckung zeigte er aber nicht¹³.

3.2 Der Branly-Kohärer

Hertz´ Resonator war zwar ein erster Anzeiger der elektromagnetischen Wellen, doch man brauchte ein empfindlicheres Gerät, um den Nachweis einfacher zu gestalten. Daher erfand 1890 Edouard Branly ein Nachweisgerät für elektromagnetische Wellen, das wie ein Relais arbeitete¹⁴. Dieses Relais, wie auch in Abbildung 3 erkennbar, bestand aus einem Glasröhrchen, welches mit feinen Metallspänen gefüllt war und in diesem Zustand keinen Strom leitete. Trafen aber elektromagnetische Wellen auf, schmolzen die einzelnen Späne zusammen und das Relais leitete Strom. Durch eine leichte Erschütterung konnten die Späne wieder getrennt werden. Branly hatte dazu den Klöppel einer Klingel mit dem Abbildung 3: Der Kohärer¹⁵

Röhrchen verbunden. Diese Klingel läutete wenn elektromagnetische Wellen eintrafen, der Klöppel sorgte für die Erschütterung¹⁶.

Das Relais wurde Kohärer genannt, abgeleitet aus dem lateinischen „cohaerere“, was zusammenhängen bedeutet. Manchmal bezeichnete man den Kohärer auch als Fritter.

3.3 Syntony

Oliver Lodge wiederholte Branlys Versuche und entdeckte dabei ein Phänomen, dass er „syntony“ nannte, nämlich die Frequenzabstimmung bzw. Resonanz elektrischer Schwingkreise. Dadurch wurde eine bessere Abstimmung von Sender und Empfänger grundsätzlich möglich¹⁷. Darüber hinaus erkannte er, dass bei ungedämpften Schwingungen, im Gegensatz zu den stark gedämpften Schwingungen des Hertzschen Senders, ein Empfänger geschaffen werden könnte, der nur auf eine einzige Wellenlänge anspräche¹⁸.

3.4 Die ersten Hochfrequenzmaschinen

Nicola Teslas Interesse galt nicht der drahtlosen Telegrafie, denn sein Ziel war es, elektrische Energie ohne Überlandleitung zu übertragen¹⁹. Dazu untersuchte er Hochfrequenzspannungen und baute entsprechende Hochfrequenzmaschinen, die, später weiterentwickelt, die Grundlage der Hochfrequenzsender darstellten²⁰.

3.5 Der Luftdraht

Alexander Stepanowitsch Popow hatte in den 90er Jahren des 19. Jahrhunderts die Idee, dass Gewitterblitze auch Funken seien, die elektromagnetische Wellen aussenden²¹.

Dementsprechend verband er einen Morseschreiber mit einem Branly-Kohärer und dem Blitzableiter eines Hauses. Er konnte somit tatsächlich Blitze der Umgebung aufzeichnen. Entscheidend an diesem Gewitternachweisgerät war der Blitzableiter, den er als so genannten Luftdraht, die heutige Bezeichnung wäre Antenne, nutzte²². 1896 soll Popow auf einer Distanz von ca. 250 Metern ein Funktelegramm, es wäre das erste der Welt gewesen, versendet haben²³.

[...]

¹ Vgl. Fürst, Artur: Im Bannkreis von Nauen - Die Eroberung der Erde durch die drahtlose Telegraphie. Deutsche Verlags-Anstalt, Stuttgart und Berlin 1922, S. 10-15

² Vgl. Zierl, Richard: Neue Radiotechnik - Von den Grundlagen bis zu Verkehrsfunk und Einseitenbandtechnik. Telekosmos-Verlag, Stuttgart 1976, S. 9

³ Vgl. Polleit Reinhard: Die Geschichte der drahtlosen Telegrafie. Im Selbstverlag, Neustadt a. Rbge. 1979, S. 7

⁴ Zierl, Richard (1976), S. 11

⁵ Übernommen aus Zierl, Richard (1976), S. 12

⁶ Vgl. Ebd., S. 12-13

⁷ Vgl. Zierl, Richard (1976), S. 14-18

⁸ Vgl. Klawitter, Gerd (Hrsg.): 100 Jahre Funktechnik in Deutschland - Funksendestellen rund um Berlin. Wissenschaft und Technik Verlag, Berlin 1998, S. 16

⁹ Vgl. Fürst, Artur (1922), S. 36

¹⁰ Vgl.Gööck, Roland: Die großen Erfindungen - Radio, Fernsehen, Computer. Sigloch Edition, Künzelsau 1989, S. 23

¹¹ Vgl. Fürst, Artur (1922), S. 36-37

¹² Übernommen aus Fürst, Artur (1922), S. 37

¹³ Vgl. Gööck, Roland (1989), S. 24

¹⁴ Vgl. Fürst, Artur (1922), S. 37

¹⁵ Übernommen aus Gööck, Roland (1989), S. 27

¹⁶ Vgl. Klawitter, Gerd (Hrsg.): 100 Jahre Funktechnik in Deutschland - Funksendestellen rund um Berlin. Wissenschaft und Technik Verlag, Berlin 1998, S. 16

¹⁷ Vgl. Klawitter, Gerd (Hrsg.) (1998), S. 18

¹⁸ Vgl. Gööck, Roland (1989), S. 27

¹⁹ Vgl. Ebd., S. 29

²⁰ Vgl. Polleit, Reinhard (1979), S. 25

²¹ Vgl. Gööck, Roland (1989), S. 29

²² Vgl. Ebd., S. 42

²³ Vgl. Gööck, Roland (1989), S. 29