Eine kurze Geschichte der Funktechnik: Die Anfänge

Die Anfänge der Funktechnik sind eng verbunden mit dem Namen Marconi. Weniger bekannt sind John Ambrose Fleming, Lee de Forest, Edwin Armstrong und David Sarnoff.

Zu Anfang der drahtlosen Kommunikation gab es einige Protagonisten, von denen Guglielmo Marconi wohl einer der bekanntesten ist. Während er für seinen Beitrag zur Funktechnik bekannt ist, kennen viele Menschen weniger seine geschäftlichen Aktivitäten zur Wende des 20.Jahrhunderts.

In den 1920-er Jahren baute er ein bedeutendes Unternehmen für die drahtlose Kommunikation auf, die die Keimzelle für die Kommunikation mittels Funk bildete, wie wir sie heute kennen.

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Obwohl seine kommerzialisierte Technik nicht die aktuellste war, war sie trotz schneller technologischer Fortschritte gut genug für die industrielle Nutzung. Marconi wollte ein weltweites Netzwerk aufbauen, das in der Lage ist, Nachrichten drahtlos zu senden und weiterzuleiten.

Kriege und Katastrophen markierten den Beginn des 20. Jahrhunderts. Der Untergang der RMS Titanic im April 1912 ist ein Beispiel. Die Rolle, die die Funktechnik sowohl bei der Rettung von Überlebenden als auch bei der Verbreitung der Nachricht des Unfalls spielte, zeigt die Bedeutung dieser noch jungen Technik. Das Potenzial der Funktechnik wurde von der Öffentlichkeit und vom Militär erkannt, insbesondere von Joseph Daniels, der später Sekretär der U.S. Navy wurde.

In den USA und anderswo waren Vordenker wie Daniels der Meinung, dass das Militär den Funk verstaatlichen sollte, um sicherzustellen, dass sie während eines Krieges Zugang dazu hatten. In diesem Zeitraum lag das einzig nutzbare Frequenzspektrum unter 200 kHz. Lange Zeit wurden die Bestrebungen zur Verstaatlichung beibehalten, erst nach dem Ersten Weltkrieg nahm die Kontrolle der Regierung über die Funktechnik ab. Zuvor wurde aber ein Regierungsmonopol geschaffen, die Radio Corporation of America (RCA).1

Die Funkgeräte zu Marconis Zeiten waren recht primitiv. Die Sender verwendeten Funkenstrecken (erst später kamen mechanische Generatoren zum Einsatz) zur Erzeugung der Hochfrequenz. Auf der Empfangsseite waren die Systeme aber vollständig passiv und bestanden aus einer Antenne, einem Schwingkreis und einer Art Detektor. Einige dieser Systeme setzten eine Batterie für eine Vorspannung ein, hatten aber keine Verstärkung. Am Ausgang dieser Systeme wurde ein Kopfhörer verwendet, um die Signale hörbar zu machen. Diese waren aber sehr schwach und nur als Klick oder Summen wahrzunehmen.

Das erste Empfänger-Netzwerk

Da auf der Empfangsseite keine Verstärker verwendet wurden, war die Übertragungsreichweite bestimmt durch die Sendeleistung, die Qualität des Empfängers, die Erfahrung des Bedieners und natürlich die atmosphärischen Bedingungen. Was Marconi erkannte, war, dass bei einer einigermaßen vorhersehbaren Reichweite, man ein Netzwerk von Stationen aufbauen musste, das eine zuverlässige Kommunikation von Informationen über Kontinente und Ozeane hinweg ermöglichte. Dazu gehörten Installationen an Land und auf See.

Marconi machte sich auf den Weg, seine Funkstationen weltweit und auf See zu installieren, sowohl auf Passagierschiffen als auch auf Frachtschiffen. Indem er die Systeme auf Schiffen installierte, ermöglichte er ihnen nicht nur die Kommunikation mit ihren Firmen an Land. Er konnte damit auch Lücken in seinem Netzwerk schließen, durch Funkrelaisstellen und redundante Funkstrecken.

Marconi setzte für seine Funktechnik als einer der ersten die damals neuen Vakuumröhren ein. John Ambrose Fleming, einer der Erfinder der Vakuumröhre, arbeitete für die Marconi Corporation. Fleming und Marconi stellten damals fest, dass die vorhandene Technik zur Aufnahme von Funksignalen ausreichend war. Außerdem waren sie der Meinung, dass der Einsatz der Röhre wegen der zusätzlichen Kosten und der Batterien für den Funkbetrieb keinen Nutzen brachte. Marconi verfügte bereits über mehrere Techniken, um ein Signal aufzunehmen. So verfolgte er die Röhrentechnik zunächst nicht weiter.

Das Potenzial der Vakuumröhre für die Funktechnik

Gleichzeitig nahm sich der „Vater des Radios“, Lee de Forest, der Technologie an und erkannte deren Potenzial. Durch das Einfügen eines Steuergitters zwischen Heizung und Anode konnte er nicht nur ein Signal gleichrichten, sondern auch den Strom in der Anode steuern. Dies ermöglichte eine Verstärkung. Obwohl es Beweise dafür gibt, dass er nicht verstanden hat, wie seine Audio-Röhre funktioniert, hat er alles unternommen, um seine Erfindung für die Funktechnik zu fertigen und zu verkaufen.

Auch er baute wie Marconi ein kommerzielles Funknetzwerk auf. Diese Aktivitäten waren jedoch nicht wegen schlechter Technik zum Scheitern verurteilt, sondern weil de Forests von seinem Geschäftspartner betrogen wurde. Am Ende musste de Forest die Rechte an seiner eigenen Erfindung verkaufen, andere konnten so davon profitieren.

Einer derjenigen, die auch schon früh die Möglichkeiten der Vakuumröhre erkannten, war Edwin Armstrong. Während er noch auf der Schule war, gab ihm ein Freund der Familie eine der Röhren von de Forest für Experimente. Armstrong hatte sich bereits einen Ruf als Experte für drahtlose Kommunikation erworben und, nachdem er seine eigene drahtlose Station im Haus der Familie aufgebaut hatte, schnell herausgefunden, wie man die Röhre für die Entwicklung eines besseren Empfängers nutzen kann.

Während seiner Studienzeit verfolgte er diese Technologie weiter und entwickelte einen Empfänger, der im Vergleich zu den passiven Systemen, die von allen Funkstationen dieser Zeit verwendet wurden, eine überlegene Empfangsleistung bot.

David Sarnoff war eine führende Persönlichkeit der amerikanischen Marconi Corporation. Sein Aufstieg innerhalb des Unternehmens war das direkte Ergebnis einer langjährigen Beziehung zu Marconi selbst und einer engagierten Arbeitsmoral. Sarnoff begann seine Karriere als Laufbursche für AMC und traf Marconi zufällig bei einem seiner Besuche in Amerika. Sarnoff beeindruckte Marconi so sehr, dass er es ihm ermöglichte, im Unternehmen aufzusteigen, wobei Sarnoff schließlich die Führung sowohl der AMC als auch später der RCA übernahm.

Während eines Besuchs in den technischen Labors in New York traf er auf Armstrong. Armstrongs Wissen über die drahtlose Technik und die Fähigkeiten seines Empfängers trugen dazu bei, eine langfristige berufliche und persönliche Beziehung zwischen den beiden aufzubauen.

Als der Erste Weltkrieg kam, verpflichtete sich Armstrong. Zu diesem Zeitpunkt hatte er sich jedoch schon einen Ruf als Funkexperte erworben und wurde nicht mehr mit Kampfaufgaben betraut, sondern mit der Inspektion und Installation von Funkgeräten für Kampfeinsätze in ganz Frankreich. Dadurch hatte er Zugang zu Geräten und Laboratorien sowie zu verschiedenen Technologien, die es ihm ermöglichten, seine Forschungsaktivitäten nebenbei fortzusetzen.

Der Superheterodyn-Empfänger

Während eines Luftangriffs Anfang 1918 machte er eine Reihe von Entdeckungen, die schließlich zur Entwicklung des Superheterodyn-Empfängers führten. Im Laufe des Jahres 1918 entwickelte er sein Konzept weiter und traf sich im November mit einer Gruppe von Freunden, um den Prototyp des Superheterodyn-Empfängers vorzuführen. Sie waren beeindruckt und drängten ihn, seine Entwicklung fortzusetzen.

Gegen Ende des Jahres 1918 endete der Krieg und bevor Armstrong in die USA zurückkehrte, meldete er am 30. Dezember 1918 ein französisches Patent an. Nach seiner Rückkehr in die USA verbrachte er einige Wochen damit, sich von einer Krankheit zu erholen, die seine Anmeldung eines US-Patents verzögerte. Schließlich meldete er am 8. Februar 1919 ein US-Patent für den Superheterodyn-Empfänger an.

Während sich Marconis Vision der Funktechnik nur auf die kommerzielle Informationensübertragung mittels Telegraphie zwischen zwei Stationen konzentrierte, hatte Sarnoff eine viel umfassendere Vision – ein Signal an viele Stationen zu senden. Nach anfänglichen Widerständen gegen Sarnoffs Idee wurde schließlich erkannt, dass diese neue Technologie ein Mittel war, um Nachrichten und Unterhaltung über große Entfernungen, einschließlich der ländlichen Gebiete Amerikas, zu verbreiten.

Die Kommerzialisierung der Funkttechnik

Um seine Idee voranzutreiben, übertrugen Sarnoff und sein Team am 2. Juli 1921 den Boxkampf Dempsey gegen Carpentier im Radio. Der Erfolg dieser Sendung führte zum Rundfunk, wie wir ihn heute kennen.

Die eigentliche Herausforderung in dieser Zeit war jedoch die Technik. Frühe Radios, wie Audion und Geradeausempfänger, waren schwierig zu bedienen und funktionierten nicht sehr gut. Da schlug die Stunde für Armstrong, Sarnoff und die Radio Corporation of America. Durch deren Zusammenarbeit und die Patente, die RCA erworben hatte, einschließlich des Superheterodynes, war die Funktechnologie so vereinfacht worden, dass sie sowohl tragbar als auch einfach genug für jedermann zu benutzen war. Aus technologischer Sicht war die Überlagerungsarchitektur der Schlüssel zu diesem Erfolg, und das gilt auch heute noch weitgehend.

Der zweite Teil dieser Serie zur Funktechnik beschäftigt sich mit Detektoren.

Eine kurze Geschichte der Funktechnik: Die Detektoren (Teil 2)

Eine kurze Geschichte der Funktechnik: Empfängerarchitekturen (Teil 3)

Eine kurze Geschichte der Funktechnik: Empfängerarchitekturen damals und heute (Teil 4)

* Brad Brannon ist für die Systemtechnik der 4G- und 5G-Empfängerarchitekturen bei Analog Devices in Norwood / USA verantwortlich.

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