funkhistory002

In den folgenden Seiten soll aber nicht allgemein auf alle möglichen Kommunikationsformen und Medien eingegangen werden, sondern ausschließlich auf die drahtlose Übertragung von elektrischen Signalen, deren Grundlage, nämlich die Erzeugung und Nachweis elektromagnetischer Wellen erstmals vor etwa 113 Jahren, also 1887/88 durch den Physiker HEINRICH HERTZ gelang. Hertz löste damit eine Preisaufgabe seines Lehrers, Hermann von Helmholz, deren Ergebnisse er 1988 in seiner Arbeit "Über Strahlen elektrischer Kraft" der Preußischen Akademie der Wissenschaften vorlegte. Seine Arbeiten stellten eine praktischeWeiterentwicklung der Theorien über elektromagnetische Wellen des britischen Physikers James Clerk-Maxwell dar, welche dieser schon im Jahre 1873 veröffentlichte. Im Prinzip ging es bei allen diesen Bemühungen noch lange nicht um die Übertragung von Informationen, sondern vielmehr suchte man damals krampfhaft nach einer Möglichkeit der verlustarmen Energieübertragung ohne Kabel, da die damalige Technik nur reine Gleichspannungen aus Batterien und mittels Drähten übertragen konnte, was aufgrund des ohmschen Wiederstandes der Leitungen natürlich zu erheblichen Verlusten führte. Die Entwicklung einer drahtlosen Informationsübertragung stand daher zu diesem Zeitpunkt noch nicht zur Debatte; man begnügte sich stattdessen mit den seit etwa 1836 üblichen Morsetelegraphen von Samuel Morse, welcher auch den nach ihm benannten Morsecode entwickelt hatte. All diese Apparaturen benötigten aber ebenfalls wieder die verlustreichen Kabel, wodurch die Reicweite zwischen zwei einzelnen Sende-Empfangsstationen natürlich extrem begrenzt war.- Wollte man also weiter auseinanderliegende Verbindungen aufbauen, mussten zahlreiche "Relaisstationen" errichtet werden um die schwachen Signale erneut zu verstärken und dann weiterzuleiten.

Leider existieren ab hier verschiedene Meinungen darüber, wer denn nun eigentlich den Funk, das heisst: Die drahtlose Kommunikation zwischen zwei Sende-Empfangsanlagen (Tranceiver) erfunden hat. Zwar konnte man seit den Veröffentlichungen von Hertz nun elektromagnetische Wellen herstellen, aber erst im Jahr 1894 wurde mit dem sogenannten "COHERER" des britischen Physikers Sir Oliver Lodge ein primitiver Empfänger realisiert, den Lodge vor allem als Detector zum Nachweis elektromagnetischer Wellen benutzte und am Rande damit auch demonstrierte, dass man diese Technik zur drahtlosen Signalübertragung nutzen konnte.

Ein Jahr später, 1895, begann der Italiener Guglielmo M. Marconi mit gezielten Funkversuchen. Er experimentierte mit einem sekrecht aufgehangenen Antennendraht und einem sogenannten FUNKENINDUKTOR , den er wegen seiner hohen Spannungen als Energielieferant zum Senden benutzte. Die knatternde Funkenstrecke des Induktors wurde dabei mit einem elektrischen Resonanzsystem (Antennendraht) verbunden und erregte dadurch eine elektromagnetische Schwingung, welche mittels eines weiteren, ebenfalls senkrecht aufgehangenen Antennendrahtes an einer anderen Stelle aufgefangen und dem schon von Lodge her bekannten Kohärer (Fritter) zugeführt wurde.Dieser Fritter war nichts anderes als ein mit feinem Nickelpulver gefülltes Glasröhrchen, welches entfernt wie ein Gleichrichterrelais funktionierte: Die in der Empfangsantenne induzierte Energie senkte den elektrischen Wiederstand des locker liegenden Nickelpulvers durch dessen Zusammenklumpen und löste damit Schaltvorgänge in einem Hilfschaltkreis aus, der in der Lage war, eine akustische und optische Reaktion auszugeben und anschließend das Nickelpulver mittels eines elektrischen Klöppels wieder so aufzulockern, dass ein erneuter Schaltvorgang möglich wurde.Im Jahre 1896 meldete Marconi die Apparatur zum Patent an.

Schon drei Jahre zuvor, also auch im Jahr 1893 begann unabhängig von Marconi der Kroate Nicola Tesla aufsehenserregende Experimente mit verschiedenen Hochfrequenzoszillatoren die er selbst entwickelt hatte und seinerzeit auch nachweislich dem Franklin Institut in Philadelphia vorstellte.Dabei ging es ihm allerdings mehr um die drahtlose Übertragung von Energie als die sich daraus ergebenden Kommunikationsmöglichkeiten.

Der Brand 1895 zerstörte leider sein Labor völlig und warf Tesla um viele Monate zurück. Er arbeitete zu dieser Zeit nach eigenen Angaben in einem Artikel der Zeitschrift "The Electrical Review" unter anderem gerade an einem Oszillator, sowie an einem Verfahren zur drahtlosen Nachrichtenübertragung über "jede" Entfernung.Gegen Ende 1896 demonstrierte er dann tatsächlich (und zu diesem Zeitpunkt völlig einzigartig in der Welt) eine kleine Sendestation in New York, mit der er im Frequenzbereich von ca. 2MHz (Langwelle) tatsächlich eine etwa 30 km entfernte Empfangsanlage erreichen konnte.

Fast parallel dazu gelang derweil Marconi im Mai 1897 die drahtlose Übertragung von Morsezeichen 5 km weit quer über den Bristolkanal. Gegen Oktober 1897 überbot er dieses Ergebnis sogar noch um das 3-fache (15km).

Im Juli 1998 meldete Ferdinand Braun in Deutschland ein Patent zur "Telegraphie ohne fortlaufende Leitung" an, welches im Oktober des gleichen Jahres auch erteilt wurde.

Sein Aufbau beinhaltete bereits einen geschlossenen Schwingkreis mit einem TESLATRANSFORMATOR, mit wesentlich besseren Abstrahlergebnissen als die Hertzschen Oszillatoren Marconis, da diese in einem höheren Frequenzbereich (UKW ) arbeiteten und aufgrund der kleineren Wellenlängen lediglich freie Sichtstrecken überbrücken konnten. Die mittels Teslatransformator erregten Schwingungen im langwelligen Bereich ließen dagegen theoretisch von vorneherein Verbindungen über viele 1000 km zu, was aber zum damaligen Zeitpunkt noch niemand erkannte.

TESLA verbiss sich derweil in seinem Labor immer mehr in die drahtlose Übertragung von Energie. Zu diesem Zweck laborierte er mit giantischen Betriebsspannungen (Mehrere 100 000 Volt!!!) und baute mittels seiner immer weiter optimierten Teslatransformatoren Sendeschwingkreise von mehreren Kilowatt Leistung!! Dabei wurde die Erforschung hoher und höchster Spannungen sein neuer Arbeitsschwerpunkt. Im September 1897, also rund 10 Monate vor Ferdinand Braun meldete Tesla aber bereits zwei Patente zur drahtlosen Energieübertragung an, in denen bereits alle wesentlichen Voraussetzungen zur drahtlosen Nachrichtenübertragung enthalten waren. Schon 1891 war ihm die Demonstration einer ca. 13 Zentimeter langen Entladung gelungen....Nunmehr, im Jahre 1899, demonstrierte er die Erzeugung von bis zu 30 Meter langen Blitzen mit Spannungen zwischen 12 und 20 Millionen Volt! Er errichtet in Colorado Springs auf einem Felsplateau mit solchen Generatoren eine Sendestation mit einer 70 Meter hohen Antenne und erreichte mit einem Bruchteil der ihm tatsächlich zur Verfügung stehenden Sendeleistung locker eine rund 1000 km entfernte Empfangsstation, zu der er Morsezeichen und sogar Töne übertragen konnte.Marconis Apparaturen wirkten dagegen zu diesem Zeitpunkt mit ihren nur etwa 50-70 km Reichweite eher wie Spielzeuge.

Er glaubte nämlich entdeckt zu haben, dass elektrische Wechselströme bei genügend hohen Frequenzen im Gegensatz zu Gleichströmen trotz hoher Leistungen und Spannungen für den Menschen weitgehend ungefährlich sind und nutzte dieses Phänomen um 1893 die "allgemeine Ungefährlichkeit von Wechselstrom" zu demonstrieren, indem er vor den Augen der völlig geschockten Zuschauer in spektakuläre Lichterscheinungen gehüllt mehrere 100 000 Volt über seinen Körper zur Erde ableitete.
Offensichtlich, ohne dabei auch nur den geringsten (sichtbaren) Schaden zu nehmen....Wirklich???

Gefahr von Gleich- und Wechselspannungen
Heute weiß man nämlich, dass Schmerzen nur dadurch ausbleiben, weil die Nervenzellen durch Frequenzen ab einigen 10 kHz nicht mehr erregt werden.
Hf-Ströme schädigen aber sehr wohl das Körpergewebe. Es sind innere Verbrennungen und Spätschäden an Nerven bekannt.
Diese sind nicht sofort offensichtlich, d.h., sie bleiben u.U. lange verborgen, bevor sie irgendwann rätselhafte Symptome verursachen können.
Auch einige Todesfälle wurden gemeldet, z.B. Henry Transtrom. Daher benützen auch extreme Stuntmen wie Peter Terren, Austin Richards, Arcattack ...
heute nicht mehr ihren Körper, sondern einen mehr oder weniger unsichtbar unter ihrer Kleidung getragenen Schutzanzug für ihre Vorführungen.
Die biologische Wirkung hängt weitgehend von der spezifischen Leitfähigkeit und Zusammensetzung des jeweiligen Elektrolyten
im betreffenden Körper-Kompartiment (z.B. : Interzellulärer Raum, Intrazellulärer Raum, spezifischen Geweben,
Blutgefäßen und sonstigen Leitungsbahnen (Auch Lymphe und neuronale Strukturen) ab.

MERKE!

Körpergewebe und Körperflüssigkeiten sind physikalisch Leiter 2. Klasse,
d.h.: der resultierende Ionenstrom ist eine Ladungsbewegung mit Materietransport
und somit auch der Massenträgheit der beteiligten Ionen unterworfen.

Im Gegensatz dazu sind Metalle Leiter der 1. Klasse und ermöglichen
ionenfreien Elektronenstrom,was einer Ladungsbewegung ohne Materietransport
(und damit ohne massenbedingte Trägheit) entspricht.

Daher ist die tatsächlich erreichbare Stromstärke in biologischen Geweben und deren Leitungsbahnen schon aufgrund der Ionenträgheit
stark von der Frequenz als auch von der Qualität und Quantität (Zusammensetzung und Konzentration) des dortigen Elektrolytes selbst abhängig.
Zudem spielen u.a.auch externe elektrische und magnetische Felder eine gewisse Rolle, da die Ionenbeweglichkeit u.a. auch hiervon beeinflußt werden kann.

Die zu erwartenden Schadwirkungen hängen stark von Frequenz, Impulsform, Stromstärke, Strompfad und Einwirkungszeit ab.
Niederfrequente Ströme führen schon bei geringen Stromstärken um 20-40mA zu
Muskelkontraktionen und Reizleitungsstörungen in Herz und Gehirn.

Alle Ströme (Gleich- und Wechselströme, egal welcher Frequenz) führen bei großen Stromstärken
zu oberflächlichen bis tiefen Verbrennungen des Gewebes entlang der Strombahnen.
Diese sind bei biologischem Gewebe aufgrund des inhomogenen Aufbaues
nicht eindeutig einem bestimmten, geordneten Strömungsfeld (= Linien gleicher Stromdichte.) zuzuordnen,
also selber weder geradlinig noch homogen.
Deshalb ist die Stromstärke von Ort zu Ort verschieden.

MERKE!

Niederfrequente Ströme mit geringen Stromdichten
führen zur direkten Reizung von Nerven- und Muskelzellen.
Dies kann therapeutisch genutz werden.
Siehe hierzu Elektrotherapie

Hochfrequente Ströme mit höheren Stromdichten
führen dagegen zur indirekten Reizung durch
Erwärmung des umgebenden Gewebes.
Auch dies wird therapeutisch genutzt.
Siehe hierzu Diathermie.

Voraussetzung für einen nachweisbaren biologischen Effekt bzw. eine Schädigung ist allerdings, dass die Spannung auch ausreichend hoch genug ist,
um an dem spezifischen Widerstand des Gewebes so abzufallen, dass überhaupt hinreichende Stromdichten und Eindringtiefen erreicht werden können.

Tesla lag damals übrigens in einem Wettstreit mit Thomas Alfa Edison, einem amerikanischen Erfindergenie, welcher gerade ein 110 Volt Gleichstromnetz in den USA aufzubauen wollte und zum Gegenbeweis der "allgemeinen Gefährlichkeit des Wechselstromes" aus geschäftstaktischen Gründen öffentlich Hunde und Katzen mit niederfrequenten Wechselspannungen töten ließ!
Da die biologischen Effekte von Wechselströmen also vor allem frequenzabhängig sind, kann man also sagen, dass beide Streithähne eigentlich gleichermaßen Recht hatten.
Bekannterweise setzte sich dann aber schließlich aufgrund der besseren Fernübertragungsmöglichkeiten am Ende das uns heute allen vertraute Wechselstromnetz durch.

Zurück zur drahtlosen Übertragung von elektrischen Signalen:
Während nun überall in der übrigen Welt ein Wettlauf um Patente zur drahtlosen Nachrichtenübertragung einsetzte, entdeckte TESLA bei seinen Versuchen die enormen Reichweiteunterschiede von Lang-, Mittel-, und Kurzwellen gegenüber dem UKW und VHF Bereich. Trotz aller dieser Leistungen wurde er aber als wahrer Erfinder der Rundfunktechnik niemals anerkannt. Stattdessen schrieb man diese Ehre vor allem Marconi zu, der im Jahre 1901 erstmalig das Morsezeichen für den Buchstaben "S" 3470 km weit über den Atlantik schickte und dabei nichts anderes tat, als Tesla'sche Schwingkreise im Langwellebereich und Teslatransformatoren als Energiequellen für seine Zwecke einzusetzen.

Nachdem der Atlantik in dieser aufsehenserregenden Weise erstmalig überbrückt worden war, begann ein neues Zeitalter der Kommunikation! Marconi errichte darauf ein Weltmonopol für drahtlose Telegraphie und erhielt dafür zusammen mit Ferdinand Braun im Jahr e 1909 den Nobelpreis in Physik. Als Tesla später seine diesbezüglichen Rechte geltend machen wollte, erntete er lediglich eine kalte Abfuhr. Erst einige Monate nach seinem Tode, im Sommer 1943 stand ihm der höchste amerikanische Gerichtshof nach einem langjährige Prozess zu, der eigentliche Vater des Radios zu sein

Tesla war an diesem unglücklichen Verlauf der Dinge nicht ganz unschuldig: Statt sich mit einer vernünftigen Zielsetzung sinnvoll und am allgemeinen Wettlauf zu beteiligen, betrieb er die Arbeiten in Sachen Nachrichtenübertragung eher halbherzig und am Rande. Stattdessen griff er nach den Sternen und arbeitete an futuristischen Zielen wie z.B. der unbegrenzten Übertragung von Energie an jeden beliebigen Ort der Erde und künstliche Beleuchtung der Atmosphäre durch Hochfrequenzströme.- Er arbeitete ausserdem angeblich fieberhaft an einem Automobil mit Schwerkraftmotor, einem (wirklich funktionierenden) drahtlos gesteuerten Fernlenkboot (1898),sowie der Erzeugung sog. "Todesstrahlen" und militärischen Energieschutzschilden mit welchen er jeden möglichen Krieg sofort beenden wollte.- Seine Naivität war dabei kaum zu übertreffen und gipfelte teilweise in arrogantem Größenwahn.- Er glaubte bis zuletzt, dass er mindestens 150 Jahre (!!!) alt würde und versäumte es daher mit Blick auf diese angebliche Lebenserwartung völlig, die Ergebnisse seiner ansonsten bahnbrechenden Arbeiten rechtzeitig schriftlich festzuhalten oder gar patentieren zu lassen. Er starb verbittert und aller Welt verkannt am 7.Januar1943 in New York.

Ungeachtet dieser tragischen Entwicklungen wurden derweil aber immer neue funktechnische Fortschritte erzielt, in deren Verlauf es allerdings auch ab und an zu heftigen, patentrechtlichen Streitereien zwischen den Beteiligten kam.

Im Jahr 1906 wurde die erste steuerbare Röhrediode (Triode) durch hinzufügen eines weiteren Steuergitters erfunden und damit der Bau wesentlich empfindlicherer Empfänger und Verstärkerschaltungen möglich. (Siehe auch TECHNIK !)

Im Jahr 1914 ermöglich eine Glühkathodenröhre erstmals ein modulierbares Radioträgersignal. Marconi übertrug damit über 50 Meilen seine eigene Stimme.

1915 werden interkontinentale Verbindungen (z.B.: Zwischen den USA und Paris) hergestellt.

1920 führen die neuentdeckten Gleichrichtereigenschaften bestimmter Kristalle zur Entwicklung von röhrenlosen Dioden für Empfangszecke (Detector-Radios)

Die weiteren Entwicklungen der Funktechnik bis zum heutige Stand basieren überwiegend auf der Entdeckung und Produktion modernerer Bauteile auf Halbleiterbasis. Näheres dazu im folgenden Kapitel TECHNIK .