Ontwikkeling der Radiotechniek

Ing. J. Roorda was een medewerker van Van der Heem N.V.. Na aanvankelijk bij N.S.F gewerkt te hebben trad hij op 1 april 1939 in dienst bij Van der Heem. Hij publiceerde o.a. het boek "RADIOTECHNIEK - Handboek voor de studie van radiozend- en ontvangtechniek". Onderstaande historische ontwikkeling is het eerste hoofdstuk van zijn boek Radiotechniek, 2e druk uit 1939.

Het zal moeilijk vallen een tak van de technische wetenschap aan te wijzen, die in korte tijd zulk een enorme vooruitgang heeft gemaakt en die zo nauw met het dagelijks leven van de moderne mens verbonden is, als de radiotechniek. Vooral de radio-omroep heeft hiertoe veel bijgedragen. Maar wanneer we de radiotechniek als geheel beschouwen, dan denken we niet alleen aan de radio-omroep, maar ook aan de andere practische toepassingen die minstens even belangrijk zijn. Dan denken we aan de mogelijkheid om met bijna feilloze zekerheid met onze tegenvoeters te kunnen telefoneren; dan denken we aan de belangrijke diensten, die het verkeer op zee, zowel als in de lucht, buitengewoon betrouwbaar maken.

In een uurtje van overpeinzing denken we echter ook wel eens terug aan de onderzoekers, die alleen om de wille van de wetenschap, hun krachten inspanden om de natuur te begrijpen en te verklaren en die door hun studieën en experimenten de basis hebben gelegd voor een nieuwe techniek. Wat de radiotechniek betreft, moeten we dan de namen van Maxwell en Hertz in ere houden. Zonder het mathematische genie van James Clerck Maxwell en de daarop aansluitende proeven van Heinrich Hertz zou Marconi er wellicht niet toe gekomen zijn om de laboratorium-resultaten toe te passen in de techniek van het overbrengen van berichten over grote afstand. Maxwell, Hertz en Marconi zijn zonder twijfel de namen die onvoorwaardelijk verbonden zullen blijven met de radiotechniek.

Maxwell is de grondlegger van de electromagnetische theorie van licht- en warmtestraling; m.a.w. hij slaagde erin aan te tonen, dat licht en warmte door de ruimte worden voortgeplant door een golfbeweging met een electromagnetisch karakter. Een lichaam, dat licht uitstraalt, veroorzaakt dus snelle veranderingen van de electrische en magnetische krachten in het omringende medium, deze veroorzaken weer gelijksoortige veranderingen, zodat de trillingen naar alle kanten worden voortgeplant. Deze electromagnetische trillingen worden, wanneer ze het menselijk oog treffen, waargenomen als licht.

Bovendien toonde Maxwell aan, dat het enige verschil tussen warmte en lichtstraling hierin bestond, dat de warmtestraling een electromagnetische straling is met een lagere frequentie dan de lichtstraling. Daaruit voorspelde hij, dat er wellicht electromagnetische trillingen zouden bestaan met nog kleinere frequentie, hoewel hij natuurlijk niet kon voorzien in welke vorm deze trillingen zich aan ons zouden voordoen. Deze langzame trillingen werden in 1887 door Heinrich Hertz ontdekt en vormden de grondslag voor de proeven van Marconi in de richting van de draadloze telegrafie.

De proeven van Hertz zullen we hier niet beschrijven; in elk natuurkundeboek worden ze uitvoerig behandeld. Alleen willen we memoreren, dat Hertz door zijn proeven kon aantonen, dat de theorie van Maxwell volkomen juist was. De voortplantingssnelheid van de golven klopte met de voorspellingen, brekings- en terugkaatsingsverschijnselen deden zich voor, zoals op grond van de theoretische overwegingen konden worden verwacht. Hierbij tekenen we als bijzonderheid aan, dat Hertz bij zijn proeven gebruik maakte van reflectoren. Deze methode, hoewel in andere vorm, wordt tegenwoordig bij kortegolfzenders ook veelvuldig toegepast.

De door Hertz toegepaste methode voor het aantonen van electromagnetische trillingen was echter zeer ongevoelig en kon slechts voor kleine afstanden worden gebruikt. Het duurde dan ook niet lang of verschillende onderzoekers, o.a. Branly en Lodge, gingen de proeven nemen met meer gevoelige detectoren. In het tijdvak van 1890 tot 1900 werden proeven genomen met de z.g. coherer. Deze bestond uit een glazen buisje, waarin tussen metalen plaatjes een groot aantal metaaldeeltjes waren opgesloten. De metaalplaatjes waren verbonden met draadeindjes,die door het glasbuisje waren gevoerd; het buisje was geëvacueerd. Worden de draadeinden over een galvanometer verbonden met een batterij, dan zal slechts een kleine stroom worden waargenomen. Worden echter electrische trillingen door de coherer geleid, dan wordt de adhesie tussen de metaalkorrels groter en de stroom neemt toe. Wordt de coherer geschud, dan raken de korrels weer los en de stroom neemt af tot de oorspronkelijke kleine waarde. Om dit instrument dus te kunnen gebruiken voor het aantonen van een aangehouden trilling moeten de metaalkorrels geregeld worden losgetikt, waarvoor gebruik werd gemaakt van een hamertje,zoiets als een electrische bel.

Met een coherer nam Marconi ook zijn eerste proeven om op een afstand van enige kilometers electrische trillingen waar te nemen. Een van de belangrijkste resultaten van deze proefneming was, dat het aarden van één kant van de Hertz-oscillator en het uitbreiden van de andere tot een verticale antenne de afstand, die kon worden overbrugd, aanmerkelijk groter deed worden. In de zendantenne werden trillingen opgewekt door een electrische vonk; in de ontvangantenne werd de vonkbaan vervangen door een coherer. Ook werd de galvanometer vervangen door een telefoon, zodat de signalen hoorbaar werden gemaakt.

De methode van het opnemen van vonkbaan en detector in een afzonderlijke trillingkring op te wekken en door een inductieve koppeling over te dragen in de zendantenne. Ook de detector werd niet direct in de antenne opgenomen, maar in een met de antennen gekoppelde trillingskring. De hierop volgende belangrijke ontdekking was het afstemmen van de kringen op de frequentie van de trillingen, die bij de experimenten werden gebruikt. Dit kon worden verkregen door een juiste keuze van de afmetingen van de spoelen en de condensatoren.

Het was in 1901, toen Marconi met apparaten, ongeveer van dezelfde vorm als zojuist beschreven, met een zendvermogen van ongeveer 20 kW een verbinding tot stand bracht tussen New-Foundland en Cornwallis. In de zender was in de trillingskring een vonkbaan opgenomen; de condensator werd geladen door een inductor en wanneer de spanning hoog genoeg was, sloeg de vonkbaan door en ontstond in de kring een trilling, omdat de weerstand van de vonkbaan dan relatief klein is. Het aantal trillingen per seconde kon worden ingesteld door verandering van de antennekring en van de waarde van de capaciteit van de condensator. De trillingen zijn gedempt, d.w.z. ze hebben een afnemende amplitude. De tekens van het signaal bestaan uit reeksen van deze gedempte trillingen b.v. 800 of 1000 per seconde, zodat bij ontvangst een toon van deze frequentie in de telefoon hoorbaar is.

In de daarop volgende jaren tot ongeveer 1912 bewoog de ontwikkeling van de techniek van de draadloze telegrafie zich hoofdzakelijk op het gebied van de verbetering van de vonkzenders. Daarnaast begon echter ook reeds de ontwikkeling van de zenders voor het werken met ongedempte golven, die belangrijke voordelen hebben boven die met gedempte golven. Op de eerste plaats wordt het antennestelsel bij ongedempt zenden veel beter benut dan bij gedempt zenden. De antenne-isolatie moet berekend zijn op de maximaal optredende spanningen. Bij gedempt zenden treedt deze spanning slechts een kort ogenblik op. De gemiddelde bedrijfspanning in de antenne moet dus bij gedempt zenden lager zijn, dan onder andere omstandigheden toelaatbaar is. Dit bezwaar vervalt bij zenden met ongedempte golven, omdat de antenne-wisselspanning een constante waarde heeft. Hetzelfde antennestelsel kan dus bij ongedempt zenden een hogere energie voeren en uitstralen dan bij gedempt zenden. Op de tweede plaats kunnen de verliezen in de kringen van ongedempte zenders kleiner worden gehouden, zodat de afstemming beter wordt.

In deze periode, zo ongeveer van 1912 tot 1918, werden de booglampzenders, uitgevonden door Poulsen en Pedersen, tot een hoge graad van ontwikkeling gebracht, vooral door de Amerikaan Elwell. Ook mogen we de naam van onze landgenoot dr. de Groot, die op Malabar een boogzender bouwde voor de verbinding Holland-Indië, niet vergeten.

Eveneens werd grote aandacht besteed aan de constructie van machinezenders voor het opwekken van ongedempte golven. In dit verband mogen de namen van Alexanderson, Latour en Goldschmidt worden genoemd. Tegelijk met de constructie van machinezenders werden ook verschillende systemen van frequentietransformatoren ontwikkeld, want de hoogst bereikbare frequentie was, tenminste bij machinezenders, eigenlijk nog aan de lage kant. Hoewel verschillende van de, in die tijden ontwikkelde en gebouwde booglamp- en machinezenders nog in gebruik zijn en dus een eervolle staat van dienst hebben, mogen we nu wel zeggen, dat deze systemen van ongedempte zenders volkomen verdrongen zijn door de lampzenders.

Ook de in die tijd ontwikkelde detectiemethoden, zoals de kristaldetector, de machnetische detector, de sleepraddetector e.d., zijn practisch gesproken geheel verdrongen door de detectiemethoden, waarbij gebruik wordt gemaakt van de eigenschappen van de radiolampen, hoewel in de laatste tijd voor bepaalde doeleinden gebruik wordt gemaakt van een metaalgelijkrichter, die, wat de werking betreft, beschouwd kan worden als een nieuwere vorm van de klasse van de z.g. contactdetectoren, waartoe ook de kristaldetectoren moeten worden gerekend.

Hoewel het natuurlijk onmogelijk is een scherpe grenslijn te trekken mogen we zeggen, dat de moderne radiotechniek de ontwikkelingsgang begon met de invoering van de radiolamp. Wellicht ware het juister om te zeggen, dat de moderne radiotechniek is de techniek van de toepassing van de radiolamp. Daarbij is het niet eens noodzakelijk uitsluitend te verwijzen naar de radiotechniek, want ook andere technische wetenschappen hebben voor een groot deel hun tegenwoordige graad van ontwikkeling kunnen bereiken door de toepassing van de radiolampen

Wanneer we teruggaan tot het eerste begin van de ontdekkingen, die uiteindelijk hebben gevoerd tot de constructie van de eerste radiolamp, dan moeten we als eerste jaartal noemen 1773. In dat jaar maakte Du Fay attent op het feit, dat geladen lichamen hun lading sneller verloren als de temperatuur werd verhoogd. In 1873 constateerde Guthrie, dat een tot gloeien verhitte ijzeren bol wel electrisch negatief kon worden geladen, maar niet positief; bij hogere temperaturen kon noch een negatieve noch een positieve lading op de bol worden gebracht.

In 1880 deden Elster en Geitel meer systematische proeven met een verwarmd lichaam n.l. een verhittingsdraad, die met een proefplaat in een glazen ballon was ingesmolten; de ballon kon worden geëvacueerd of van een andere gasvulling worden voorzien. Elster en Geitel vonden, dat de metaaldraad een positieve lading op de proefplaat gaf, wanneer de draad tot zwak roodgloeiend werd verhit. Bij hogere temperaturen werd de lading negatief en nam sterk toe met toenemende temperatuur. Kooldraden gaven bij alle temperaturen een negatieve lading.

Edison deed in 1883 soortgelijke onderzoekingen op een enigszins andere wijze. Hij bracht tussen de benen van een haarspeldvormige koolgloeidraad in een luchtledige lamp een plaat aan. De gloeidraad werd met gelijkstroom gevoed. Werd de plaat over een galvanometer met de negatieve kant van de gloeidraad verbonden, dan werd geen of zeer weinig stroom waargenomen; bij verbinding met de positieve kant van de gloeidraad trad een stroom van enige mA op. Er werd geen verklaring van dit verschijnsel gevonden, het bleef bekend onder de naam "Edison-effect".

In 1889 deden Elster en Geitel een publicatie, waarin de aandacht werd gevestigd op het feit, dat een buis met een hete en een koude electrode een éénzijdig geleidingvermogen heeft. Deze verschijnselen konden niet worden verklaard met behulp van de toen geldende theorie van de electriciteit. Eerst na 1899 - toen J.J. Thomson het bestaan van het electron aantoonde - kon de juiste verklaring van de waargenomen verschijnselen worden gegeven. Bij voortgezette proeven bleek ook nog, dat de effecten des te sterker optraden naarmate de ballon sterker geëvacueerd was. Nadat prof. O.W. Richardson een vacuum van 10^-6kwikdruk had bereikt, was hij in 1901 in staat om aan te tonen, dat het totale aantal electronen, dat door een gloeiende draad wordt geëmitteerd, behalve van de materiaalconstanten, alleen afhankelijk is van de temperatuur.

Door J.A. Fleming werd in 1904 voor het eerst gebruik gemaakt van deze "thermionische emissie", zoals het door Richardson was genoemd. De "Fleming-lamp" vertoont veel overeenkomst met de tegenwoordige diode en werd ook voor overeenkomstige doeleinden gebruikt, n.l. voor detectie.

Een belangrijke stap in de richting van de tegenwoordige radiolamp werd in 1906 gedaan. In dat jaar voerde dr. Lee de Forest, behalve plaat en gloeidraad, een derde electrode, het rooster, in. Dit was het begin van de overweldigend snelle ontwikkeling, die de radiotechniek zou doormaken. Want behalve de verbeterde detectiemethode, die de Forest in eerste instantie wist te bereiken, legde hij er ook de nadruk op, dat de eerste lamp kon worden gebruikt voor het versterken van zwakke electrische trillingen. Maar die versterking kan ook, zoals Armstrong aantoonde, weer worden gebruikt om met behulp van een lamp een trillingsgenerator te maken. In dit verband mogen we de naam van A. Meissner, die in 1913, ongeveer op de zelfde tijd als Armstrong, de eerste lampgenerator voor ongedempte trillingen maakte, niet vergeten. Sedertdien is de ontwikkeling zo snel gegaan, dat het geen doel heeft, ja vrijwel onmogelijk moet worden geacht, alle phasen van de radiotechniek en de personen, die daarin een werkzaam aandeel hebben gehad, in een kort bestek samen te vatten.

In het voorgaande, uiteraard korte, historische overzicht zijn de namen van enkele pioniers van de radiotechniek genoemd, namen, die voor geen enkele radiotechnicus een onbekende klank mogen hebben.

Tot zover het historische overzicht van Ing. J. Roorda Jr, tot en met 1939. Daarna heeft de ontwikkeling natuurlijk niet stil gestaan. Denk bijvoorbeeld aan de ontwikkeling van radar, televisie, communicatie-satelieten, mobiele telefoons, etc.

Van het boek Radiotechniek, zijn vele drukken verschenen. De eerste druk verscheen in het voorjaar van 1936, de tweede druk: najaar 1939. De zevende en laatste druk verscheen in de zomer van 1962, deze geheel opnieuw bewerkte druk kwam tot stand in samenwerking met zijn zoon Ir. J.P. Roorda. Alle drukken verschenen bij N.V. Uitgeversmij. Kosmos, Amsterdam-Antwerpen.

Ing. Roorda was bij Van der Heem chef van de afdeling octrooizaken. Hij was geen onbekende in de radiowereld. Geruime tijd was hij bestuurslid van de NVVR, was mede-oprichter van de VERON, in welke vereniging hij verscheidene jaren een bestuursfunctie vervulde. Vele jaren had hij zitting in examencommissies van het Nederlands Radio-Genoodschap, HTS- en verscheidene andere instellingen. Ruim 25 jaar was hij als docent verbonden aan het Koninklijk Technicum PBNA. Ing. J. Roorda is op 24 februari 1963 te Den Haag overleden.

VDH