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

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Im zweiten Teil unserer Serie zur Geschichte der Funktechnik blicken wir auf die verwendeten Detektoren zurück. Einer der ersten Detektoren war der Kohärer, gefolgt von Maggie und dem Katzenschnurrhaar. Lesen Sie, wie es weiterging.

Ein Funkgerät übermittelt Informationen. Am Anfang war dies ein entsprechender Funke, der in der Rahmenempfangsantenne erzeugt wurde. Es wurde schnell klar, dass für die Umwandlung der abgestrahlten Sendeenergie in ein nutzbares Signal eine andere Technik erforderlich wurde. Die frühe Technik war recht begrenzt und nutzte chemische, mechanische und elektrische Eigenschaften für die Demodulation.

Die Idee der Telegrafie mittels Funken geht auf H. Reußer in Genf und J.L.Beckmann in Karlsruhe zurück. Das erste Patent zur drahtlosen Telegrafie erhielt J.B. Lindsay (Dundee).

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Einer der ersten praktisch genutzten Detektoren wurde als „Kohärenzdetektor“ oder Kohärer bezeichnet und basierte auf den Entdeckungen des Franzosen Édouard Branly. Der Kohärer bestand aus zwei Metallplatten, zwischen die Metallspäne angebracht wurden. Bei Auftreffen eines HF-Signals auf die Platten klebten die Metallspäne zusammen und an den Platten und schlossen so den Stromkreis.

Dies funktionierte recht gut, aber sobald das HF-Signal entfernt wurde, blieben die Späne an den Platten kleben. Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Art Klopfer angebracht, der an die Seite des Kohärers schlägt, damit sich die Späne lockern und von den Platten lösen. Dieser nicht sehr filigrane Detektor wurde so brauchbar, war aber sperrig in der Anwendung und im Betrieb. Trotzdem wurde er bis 1907 verwendet.

Der Elektrolytdetektor

Praktischer war der Elektrolyt-Detektor, der von Wilhelm Schlömilch und zeitgleich von Reginald Aubrey Fessenden entwickelt wurde. Dieser bestand aus einem sehr feinen Platindraht, der in eine Lösung aus Schwefel- oder Salpetersäure eingetaucht wurde. Eine Batterie wurde verwendet, um diese Schaltung bis zum Einsatz der Elektrolyse vorzuspannen. Dabei bildeten sich Gasblasen auf der Oberfläche des Platindrahts beim Eintauchen, wodurch der Strom abfiel.

Wurde ein HF-Strom von der Antenne in diese Schaltung eingekoppelt modulierte er die Elektrolyse. Der Strom variierte in Abhängigkeit von der Stärke des eingekoppelten HF-Signals. Diese Technik war von 1903 bis 1913 weit verbreitet. Eine von Lee de Forest entwickelte Variante war der Responder, der aus zwei Metallplatten bestand, die in eine Lösung aus Bleiperoxid eingetaucht waren.

Der Magnetdetektor

Guglielmo Marconi bevorzugte einen anderen Ansatz, den magnetischen Detektor. Diese Komponente wurde von ihren Benutzern liebevoll als Maggie bezeichnet. Eine von einem Motor angetriebene Endlosschleife aus Stahldraht wurde von einem Permanentmagneten magnetisiert. Der magnetisierte Teil des Drahtes wurde durch eine Spule geführt, die mit der Empfangsantenne verbunden war.

Das HF-Feld in dieser Spule entmagnetisierte den Draht entsprechend des vorhandenen Empfangssignalpegels. Die Änderungen des Magnetfeldes im Draht wurden dann von einer weiteren Spule aufgenommen, die mit einem Kopfhörer verbunden war, der eine hörbare Version des HF-Signals lieferte. Diese Demodulation wurde in allen Marconi-Installationen bis 1912 angewendet, auch auf der RMS Titanic.

Der Kristalldetektor

Ein weiterer gängiger Detektor war der Kristalldetektor, der bis etwa 1925 eingesetzt wurde. Dieser Detektor, oft als cat whisker (Katzenschnurrhaar) bezeichnet, nutzte einen Schottky-Kontakt zur Gleichrichtung. Er wurde aus verschiedenen Kristallen hergestellt, beispielsweise Bleiglanz (PbS), Eisenpyrit (FeS₂), Molybdänit (MoS₂) und Karborund (SiC).

Kleine Kristalle wurden in einem Metallbecher positioniert und mit einem feinen Draht wurde ein Punktkontakt auf dem Kristall hergestellt. Dieser Draht konnte verschoben und an verschiedenen Stellen auf dem Kristall platziert werden, um den besten Empfang, die beste Demodulation zu erzielen.

Noch heute sind Kristalldetektoren erhältlich; die Schaltung ist identisch mit der von vor 100 Jahren, mit der Ausnahme, dass eine Halbleiterdiode das „Katzenschnurrhaar“ ersetzt. Ein Vorteil der damaligen Kristalldetektoren war, dass sie eine Gleichrichtung mit linearer Kennlinie erzeugten, was mit Beginn der AM-Übertragung wichtig wurde. Dies ermöglichte die Übertragung von Sprache, während zuvor nur Morsezeichen übermittelt werden konnten.

Der Fritter und das Audion

Eine weitere Art von Detektor wurde 1904 von John Ambrose Fleming entwickelt, einem Ingenieur, der für Marconi arbeitete. Durch Hinzufügen einer Anode zum Faden einer Edison-Glühlampe schuf er einen Gleichrichter, auch Stromventil (Fritter) genannt. Marconi und Fleming glaubten, dass diese Lösung besser war als die ursprüngliche Fleming-Röhre und suchten bis 1912 nicht nach einer besseren Lösung.

Andere, darunter de Forest, erkannten jedoch den Wert der Lösung von Fleming und setzten dort an, wo Fleming und Marconi aufgehört hatten. Sie fügten ein Steuergitter zwischen Heizung und Anode ein. Diese Erfindung wurde als Audion (heute Triode) patentiert und 1906 veröffentlicht. De Forest erkannte den Wert seiner Erfindung für die Verbesserung der Funkgeräte, konnte dies aber nicht nutzen, da er von seinen Geschäftspartnern betrogen wurde und es verschiedener Patentverletzungsklagen gab.

Der Österreicher Robert von Lieben verbesserte de Forests Audion mit dem sogenannten Gitterpatent, das er gemeinsam mit Eugen Reiß und Siegmund Strauß einreichte. Es ermöglichte eine proportionale Vestärkung, die de Forest nicht gelang. Das führte dazu, dass Telefunken Liebens Patente aufkaufte und den Ausbau übernahm.

Eine kurze Geschichte der Funktechnik: Die Anfänge

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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