Pionier der Funktechnik Edwin Howard Armstrong: Der Erfinder, der Radio und Militärkommunikation revolutionierte

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Ob regenerative Schaltung, Superhet oder FM-Technik – Edwin Howard Armstrong prägte die Funktechnik wie kaum ein anderer Ingenieur. Seine Innovationen machten Radio und störsichere Kommunikation möglich, doch sein Leben war von Streitigkeiten und Rückschlägen überschattet.

Edwin Howard Armstrong war ein US-amerikanischer Elektroingenieur, der für die Funktechnik wichtige Erkenntnisse und Erfindungen lieferte. Besonders bekannt ist dabei die FM-Technik, also die Frequenzmodulation für Radioübertragungen. Diese bietet bei der Übertragung von Funksignalen eine deutlich bessere Dynamik als die davor übliche Amplitudenmodulation. Wir blicken deswegen auf das Leben und Schaffen von Edwin Howard Armstrong zurück.

Er wurde am 18. Dezember 1890 in New York City als erstes Kind von John Armstrong und Emily Smith Armstrong geboren. John Armstrong arbeitete für den großen Wissenschaftsverlag Oxford University Press, während Emily Smith Armstrong vor ihrer Heirat als Lehrerin tätig war. Die familiäre Verbindung zu Lehre und Wissenschaft trug Früchte, denn Edwin Howard Armstrong beschäftigte sich als Teenager hobbymäßig mit den damaligen Fortschritten im Bereich der technischen Wissenschaftsbereiche.

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Besonders die damals gerade erst neu entdeckte Funktechnik hatte es ihm angetan: Gegen Ende des 19. Jahrhunderts war der gebürtige Italiener Guglielmo Marconi besonders erfolgreich und in der ganzen Welt bekannt. Die Berichte rund um Marconi waren eine Inspiration für den jungen Armstrong und brachten ihn dazu, während seiner Highschool-Zeit (1905 bis 1909) einen eigenen Antennenmast im Garten seines Elternhauses aufzubauen, um zu experimentieren.

Er sammelte auch das ein oder andere elektronische Gerät oder Bauteil. So beschaffte er sich vor seinem Highschool-Abschluss eine als Verstärkerröhre konzipierte Triode, die erst im Jahr 1906 vom US-amerikanischen Erfinder Lee de Forest entwickelt worden war, um mit ihr Experimente durchzuführen.

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Oszillator als erste wegweisende Erfindung

Nach der Highschool schrieb sich Edwin Howard Armstrong ab dem Jahr 1909 an der Columbia University School of Engineering im New Yorker Stadtteil Manhattan ein. Seine erste Erfindung fällt in seine Studienzeit, und zwar ins Jahr 1912. Armstrong war damals 21 Jahre alt und nahm die Forest-Triode, mit der er schon als Teenager experimentiert hatte, als Grundlage für eine Innovation.

Die Triode wurde damals für das Audion verwendet, einen Geradeaus-Rundfunkempfänger. Armstrong leitete einen Teil des Ausgangsstroms in die Verstärkerröhre, genauer gesagt auf die Steuerelektrode, zurück. Aus der Triode wurde durch die Rückkopplung letztlich ein Oszillator, den man in Abhängigkeit des Anteils des zurückgeführten Stroms ansteuern kann. Armstrong reichte allerdings erst über ein Jahr später, nachdem er seinen Abschluss an der Universität gemacht hatte, das Patent zu seiner auch als regenerative Schaltung bekannten Erfindung ein.

Mit der Einreichung am 29. Oktober 1913 kam Armstrong wenige Monate nach Alexander Meißner, der im selben Jahr eine ähnliche Rückkopplungsschaltung entwickelte, die als Meißner-Oszillator bekannt wurde. Beide Erfinder verfolgten das Prinzip der Rückkopplung, setzten es jedoch technisch auf unterschiedliche Weise um. Armstrongs regenerative Schaltung gilt daher als eigenständige, parallel entstandene Entwicklung.

Das im Oktober 1913 von Armstrong eingereichte Patent für die sogenannte regenerative Schaltung wurde am 6. Oktober 1914 schließlich erteilt. Da Armstrong dabei aber die Triode von De Forest nutzte, gab es einen viele Jahre andauernden Rechtsstreit um das Patent, der als einer der längsten und intensivsten Patentstreit-Angelegenheiten in die Geschichte eingehen sollte. Doch dazu kommen wir später noch.

Dienst beim Militär und Erfindung des Superhet

Nachdem Armstrong im Jahr 1913 seinen Abschluss als Ingenieur an der Columbia University School of Engineering in der Tasche hatte, blieb er an der Universität und wurde Assistent des dort tätigen serbischen Physikers Michael Pupin, der ohnehin Armstrongs Mentor war. Gemeinsam reichten sie mehrere Patente ein, unter anderem im Jahr 1917 ein Patent für eine Empfangsschaltung, das 1922 bewilligt wurde.

Die Einreichung dieses Patentes war die vorerst letzte zivile Tätigkeit von Armstrong, denn kurz danach, noch im Jahr 1917, wurde er Captain in der Fernmeldetruppe der U. S. Army und nach Paris abkommandiert. Seine Aufgabe dort war vor allem die Verbesserung von Bauteilen für die Funktechnik, wobei sowohl französische als auch Technik von potenziellen Feinden als Grundlage benutzt wurde.

Dabei gelang Armstrong im Jahr 1918, als der Erste Weltkrieg bereits im Gange war, eine Erfindung, die bis heute ein wichtiger Bestandteil der Elektrotechnik ist: der Superheterodyn-Empfänger, kurz Superhet (Überlagerungsempfänger). Diese elektronische Schaltung empfängt und verarbeitet elektromagnetische Signale aus dem Hochfrequenzbereich, wobei die wichtige Funktion die Umwandlung der Eingangsfrequenz in eine niedrigere Zwischenfrequenz ist. Die Vorteile sind dabei die Verringerung der Gefahr einer Rückkopplung, eine größere Bandbreite für das Signal und eine Vereinfachung der Weiterverarbeitung wegen der insgesamt niedrigeren Frequenz.

Ein weiterer Vorteil ist, dass ein mehrstufiger Aufbau möglich ist. Ein Superhet kann also mehrere Zwischenfrequenzen erzeugen. Armstrong hatte seine Erfindung in Paris entwickelt und auch auf dem Eiffelturm getestet. Er reichte das entsprechende Patent im Jahr 1918 in England und Frankreich ein. Armstrong wurde mittlerweile in den Dienstrang eines Majors erhoben und erhielt von der französischen Armee eine Auszeichnung als Ritter der Ehrenlegion.

Rückkehr und Patenthandel

Armstrong kehrte nach Ende des Ersten Weltkriegs in die USA zurück und reichte auch dort, genauer gesagt am 8. Februar 1919, das Patent zum Superhet ein, das am 8. Juni 1920 bewilligt wurde. Die Rechte für seine beiden wichtigen Schaltungen, die Oszillator-Schaltung und den Superhet, verkaufte er im Jahr 1920 für 335.000 US-Dollar, was mit Einbeziehung der Inflation heute etwa 5,3 Millionen Dollar entspricht. Obwohl diese Mittel ausgereicht hätten, eine Firma zu gründen oder sich sogar zur Ruhe zu setzen, arbeitete er weiter an der Columbia University School of Engineering im wissenschaftlichen Bereich.

1921 beantragte Armstrong schließlich ein Patent für den Superregenerativempfänger, eine Weiterentwicklung seines Oszillators. Nach der Bewilligung des Patentes im Juli 1922 verkaufte er die Rechte an die neue RCA (Radio Corporation of America) und wurde zudem Aktieneigner der Firma, die gleichzeitig ein Vorkaufsrecht für weitere Erfindungen von Armstrong erhielt. Als größter privater Aktienteilhaber hatte Armstrong oftmals Kontakte zum Vorstand von RCA, sodass er Esther Marion MacInnis, die Sekretärin des damaligen RCA-Präsidenten, kennenlernte und sich in sie verliebte. Das Resultat war eine Heirat am 1. Dezember 1923 zwischen Armstrong und MacInnis.

FM-Technik und Patentstreitigkeiten

Während Edwin Howard Armstrong weiterhin an der Columbia University School of Engineering arbeitete und forschte, wurde er dort im Jahr 1934 zum Professor ernannt. Bis Ende der 1930er-Jahre entwickelte er dabei die Breitband-Frequenzmodulation, kurz FM. Diese sollte die bis dahin genutzten Amplitudenmodulationen ersetzen, die für atmosphärische Störungen sehr anfällig sind und weniger dynamische Bandbreite bieten. Da es von den Behörden Widerstände gegen die Nutzung der nötigen Sendefrequenzen gab, musste Armstrong alle Hebel in Bewegung setzen, damit er um das Jahr 1940 herum überhaupt die Genehmigung für einen Versuchssender erhielt.

Wie schon bei seinen vorigen Erfindungen entbrannte auch um die FM-Technik ein Rechtsstreit. Das Thema zog sich schon seit den Streitigkeiten um die Verwendung der Triode von De Forest durch das Leben von Armstrong und ließ ihn nicht mehr los. Der alte Streit um die Triode – wir deuteten es zuvor an – zog sich über fast 20 Jahre hin und dauerte von 1915 bis 1934.

Viele der Streitigkeiten entstanden, da Erfindungen einfach nur anhand des technischen Fortschritts nahelagen und von mehreren Entwicklern fast parallel fertiggestellt worden waren. Einige Beobachter attestierten Armstrong zudem ein Verhalten rund um rechtliche Streitigkeiten, das zu wenig Kompromissbereitschaft aufwies. So hatte er den Prozess gegen De Forest gewonnen, verlangte aber, dass der Unterlegene die kompletten Kosten übernehmen sollte, obwohl dieser pleite war. De Forest ging aus diesem Grunde in die Revision und gewann schließlich den gesamten Prozess.

Eine kurze Geschichte der Funktechnik: Die Anfänge

Schwere Zeiten trotz erfolgreicher FM-Technik

1939, noch vor dem Eintritt der USA in den Zweiten Weltkrieg, wurde die FM-Sendetechnik bereits so stark nachgefragt , dass es über 150 Sendestations-Anträge allein in den USA gab und der Sendefrequenzbereich daher erweitert wurde. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete Armstrong als ziviler Berater des US-Militärs an Projekten zur Nutzung der FM-Technik, insbesondere für Funkkommunikation mit hoher Reichweite und Störsicherheit. Diskutiert wurde auch ein experimentelles FM-basiertes Radarsystem, das jedoch bis Kriegsende nicht zur Einsatzreife gelangte.

Die Rechte an seinen Patenten während dieser Zeit überließ Armstrong dem Militär und erhielt unter anderem auch deswegen im Jahr 1947 eine Ehrenmedaille wegen seiner Verdienste für das militärische Nachrichtenwesen. Allerdings war die Nachkriegszeit für Armstrong ein eher dunkles Kapitel seines Lebens. Zum einen hatte er es noch immer mit Patentstreitigkeiten zu tun, die ihn viel Geld kosteten. Zum anderen hatte er voll auf die FM-Technik gesetzt und viel Geld investiert, wurde dann aber von einer Änderung der Sendefrequenz-Spektrums in einen deutlich höheren Frequenzbereich überrascht, die die zuständige Behörde FCC im Jahr 1945 anordnete.

Große Teile der Technik, die Armstrong finanziert hatte, wurden damit unbrauchbar. Ebenso wurden einige Einnahmequellen gekappt, denn auch viele Sendestationen, die für die Rechte an der Technik Lizenzgebühren zahlten, mussten aufgeben oder sich neu aufstellen. Zwar nahm Armstrong in dieser Umstellungsphase bis zum Jahr 1950 wieder beinahe zwei Millionen US-Dollar ein. Allerdings kompensierte dies gerade so seine laufenden Kosten für die Rechtsstreitigkeiten, seine Forschungsarbeiten sowie seine Sendestation und deren Angestellte in Alpine (New Jersey). Obwohl es damals etwa 600 FM-Stationen gab, startete der eigentliche Siegeszug der FM-Technik erst einige Jahrzehnte später.

Das tragische Ende und eine starke Frau

Leider kam der Erfolg der FM-Technik für Armstrong zu spät. Auch wegen der finanziellen Probleme zerstritt er sich mit seiner Frau, die ihn im November 1953 verließ – nach 30 Jahren Ehe. Zudem lagen sage und schreibe 21 Verfahren vor Gericht, bei denen es um Armstrongs Patentrechte ging. Besonders aufsehenerregend war das Scheitern einer Einigung mit der RCA, die er 1948 verklagt hatte, da diese neue Erfindungen nutzte, die laut Armstrongs Ansichten trotzdem prinzipiell im Kern mit seinen älteren Erfindungen identisch seien.

Er verlangte zwei Millionen US-Dollar von der RCA, die allein dafür nötig waren, Schulden und laufende Kosten zu begleichen. Die RCA bot aber lediglich 200.000 US-Dollar, was nicht einmal die Prozesskosten abgedeckt hätte, sodass Armstrong dies ablehnte. Gepeinigt von den Rechtsstreitigkeiten und der in die Brüche gegangenen Ehe nahm sich Edwin Howard Armstrong in der Nacht vom 31. Januar auf den 1. Februar 1954 das Leben. Sein Körper wurde auf dem Vordach des Hochhauses entdeckt, in dem er im 13. Stockwerk ein Appartement bewohnte.

In seinem Abschiedsbrief schrieb er, dass er seine Ehefrau Marion weiterhin geliebt habe. Marion Armstrong führte die Prozesse als Witwe und Erbin fort – sie erreichte eine Summe von einer Million US-Dollar im Streit mit der RCA. Zwei weitere Klagen konnte sie gewinnen, die restlichen Klagen wurden zumindest beigelegt. Im letzten Prozess gegen Motorola erhielt sie im Oktober 1967 – über dreizehneinhalb Jahre nach dem Tod ihres Mannes - sogar 10 Millionen US-Dollar. (sb)

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