Verslagen Radiocafé

11 september 2018: Armstrong keek over de schouder van Levy mee!!

Na onze vakantieperiode is er veel veranderd. Klaas Jellema heeft plaatsgemaakt voor John Hupse, die nu voor de radiocafé-avonden gaat zorgen, hierbij ondersteund door Vok Keijsper die de financiën voor zijn rekening neemt.

Deze eerste avond ben ik gevraagd om een spreekbeurt te houden. Als onderwerp heb ik gekozen voor een verhandeling over de patenten uit het begin van de radiotechniek en wel van de ontwikkeling van de heterodyne ontvangst.

Tegen achten is het zaaltje al snel gevuld met een redelijk aantal liefhebbers van de radiotechniek. Men zou zo’n avond kunnen vergelijken met een optreden van een concertpianist die Chopin op de vleugel ten gehore zal brengen. De aanwezigen hebben de muziek al vele malen gehoord maar zijn toch weer benieuwd naar het spel van deze musicus.

Het enige verschil met mijn optreden is, dat er voor de pianist al een vleugel op het podium staat.  Voor de radiolezing moet het te bespreken toestel zelf meegenomen worden. Daarom voor deze avond een in de originele vrijwel nieuwe staat verkerende Ducretet RM5 chassis om te gebruiken bij de uitleg van de werking meegebracht.

Speciaal voor deze avond, ingekocht op Ebay, door een goede kennis van mij, Sjouke van Seyen uit Den Brielle. Hopelijk raak ik het weer kwijt op de eerstvolgende beurs in Driebergen. Het chassis komt uit een staand meubel waar onderin een raamantenne is ingebouwd. Dat is er niet meer en ik heb dan ook in een luidsprekerkastje inwendig een raamantenne aangebracht.

Soms blijken uitvindingen al veel eerder ontwikkeld te zijn. Denkt men bijvoorbeeld aan de gloeilamp dan wordt gelijk de naam Edison genoemd, maar al zeker vijftig jaar eerder werden daar al proeven mee genomen.  Je kan wat leuks uitvinden of iets dat zinvol gebruikt kan worden, maar als je daar niets mee doet schiet je daar weinig me op. Een ander die het op een of andere manier te zien krijgt, denkt: “Daar zou toch meer mee gedaan kunnen worden”; en probeert daar klanten voor te vinden. Uiteindelijk komt het in de handel en is overal verkrijgbaar. Niet zo leuk voor de bedenker, maar die kan daar niets aan doen.

Ook ikzelf maakte iets dergelijks mee, nadat ik een verbeterde schakeling had bedacht voor een Ward Leonard  besturing van een liftinstallatie. Mijn hoogste baas kreeg alle lof, waarop ik hem er op wees dat ik dat had ontworpen. Hij keek mij aan en zei: “Dat klopt maar ik heb je de opdracht gegeven om dat uit te denken”. Ach ook op school gebeurde dat al, men noemt dat spieken. Een mogelijkheid toch hoge cijfers te halen zonder te studeren over het onderwerp.

De Amplitude Gemoduleerde Radio werd bedacht door de in Canada geboren Reginald Fessende (1866-1932) waarbij het woord heterodyne werd gebruikt. Afgeleid van de Griekse woorden heteros en dynamis, welke betekenen vreemd en kracht. In deze schakeling wordt aan het binnenkomend gemoduleerde antennesignaal een extra hoogfrequent signaal toegevoegd om dit AM-radiosignaal te versterken.

Het is de uitvinding van de triodelamp, door Lee de Forest, die het uiteindelijk mogelijk maakt deze schakeling succesvol te doen werken. Als in de Eerste Wereldoorlog de Fransen met hun langegolf zend/ontvangers de berichten door de vijand op de kortegolf willen ontvangen, is het Lucien Levy die een voorzet frequentiewisselaar ontwerpt, waarmee men de in die tijd in Frankrijk gebruikelijke langegolf ontvangers geschikt maakt om de vijandelijke zenders te kunnen ontvangen. Levy vroeg hierop patent aan in augustus 1917 voor het heterodyne principe, brevetnummer 493660.

Tijdens de Eerste Wereldoorlog was Lucien Levy ingedeeld bij de genie als telegrafist en werd later hoofd van  het telegrafielaboratorium van de Eiffeltoren.

Edwin Armstrong werd vanuit Amerika uitgezonden naar Frankrijk vanwege een door hem ontwikkelde techniek om de hoogfrequent storingen van vliegtuigmotoren te ontvangen en zo de aanvliegroute te kunnen bepalen. Veel is daar verder niet over te lezen, wel dat hij de Eiffeltoren bezocht en daar in contact kwam met Lucien Levy.

Armstrong had al op 8 jarige leeftijd lichtelijk last van een zeldzame bacteriële infectieziekte de chorea van Sydenham, een neurologische aandoening die wordt veroorzaakt door een reumatische koorts. Daar deze patiënten ongewilde bewegingen maken en meestal met de onderbenen heen en weer schommelen als zij op een stoel zitten, wordt dit ook wel door doctoren de St. Vitus dans genoemd. In een vroeg stadium kan de zieke opvallend prikkelbaar zijn en kan geheugenzwakte en intelligentiestoringen vertonen. Het is niet dat Armstrong dansend in Parijs het laboratorium van Levy binnen huppelde, maar het onrustige voeten werk zal waarschijnlijk wel opgevallen zijn.

Een gevolg van deze ziekte is een geregelde fysieke spanning welke vooral bij opwinding en ergernis zijn hele verdere leven zou beheersen. Eenmaal terug in de States vroeg hij patent aan voor de heterodyne uitvinding, denkende wat daar ver weg in Frankrijk gebeurt weten ze hier toch niet. Deze aanvraag was echter zeven maanden later dan Levy. Deze liet dan ook weten dat Armstrong de gegevens gestolen had tijdens zijn bezoek aan Parijs. In de Verenigde Staten erkende men echter het Levy octrooi niet en verklaarde Armstrong als de uitvinder.

In 1922 vroeg Armstrong patent aan voor zijn verbeterde detector, een wat wonderlijk regeneratief circuit. Hiermee zou het signaal extra versterkt worden en de hoofdtelefoon vervangen kunnen worden door een luidspreker.

Het wankele grappige schema doet ons eerder denken aan een artikel van Dr. Blan voor de jongere lezers. Met de vraag, welke fouten zitten er in het radioschema van Jantje.

De triode in het schema is een Lee de Forest laag vacuum lamp en er is dan ook geen lekweerstand nodig, wel een regelbare rooster condensator C1 van 200 pF. De telefoon is geschakeld tussen de gloeidraad en aarde, voordeel geen hoogspanning op de oorschelpen. Terugkoppeling via een variabele condensator van 1000 pF parallel aan de anodebatterij. De spoelen zijn met elkaar gekoppeld. Deze door Armstrong genoemde baanbrekende ontdekking zorgt voor een positieve feedback (regeneratie) waarmee een vele malen grotere versterking bereikt kan worden. Tevens blijkt dat bij maximale feedback de lamp gaat oscilleren.

Nergens is er een begrijpelijke beschrijving te vinden van Armstrong hoe dit nu echt werkt. Ook dit patent werd aangevochten door Lee de Forest, als zou dat door hem zelf al eerder bedacht zijn in een circuit met terugkoppeling. Veel patenten en octrooien verkocht Armstrong door aan Westinghouse en RCA, echter veel hiervan werden door anderen betwist of deze echt wel door hem zijn uitgevonden.

Alle uitvindingen van Armstrong waren geregeld betrokken bij controverses. Lee de Forest kreeg uiteindelijk een legale erkenning voor regeneratie. John Bolitho had veel van het superregenerationele principe ontdekt al lang voordat Armstrong er over schreef, die echter handig Bolitho’s patent opkocht voordat hij onderhandelde met RCA.

Ook FM was bij technici al geruime tijd bekend voordat Armstrong er mee voor de dag kwam. Trouwens alle Franse zenders werkten in de Eerste Wereldoorlog met frequentiemodulatie, middels een koolmicrofoon geschakeld over enkele windingen van de oscillatorspoel. Nauwelijks een redelijke kwaliteit, maar voor gesproken woord geen bezwaar.

Radio was toen nog bedoeld voor communicatie, het overbrengen van gesproken boodschappen. En dat is met een dergelijke eenvoudige FM-modulatie met een simpele AM-ontvanger met zijbanddetectie goed te ontvangen. Zelfs Idzerda in Den Haag gebruikte een dergelijk systeem. Maar de wijze waarop modulatie plaatsvindt middels een koolmicrofoon welke is opgehangen in de hoorn van een slingergrammofoon, kunnen we aannemen dat de geluidskwaliteit verre van fraai moet zijn geweest. De in die tijd gebruikte Hughes koolmicrofoons waren bedoeld voor telefoonverkeer en deze hadden een gering frequentie bereik vanaf 300 tot 2000 Hertz voldoende voor een redelijke goede verstaanbaarheid van het gesproken woord.

Ed Plevier die de NSF 029 zender heeft nagebouwd (zie radiocaféverslag 25 oktober 2016), welke niet van het origineel te onderscheiden is, zal nu ook de Idzerda zender bouwen. We kunnen dan bij de demonstratie als deze op dezelfde wijze wordt gemoduleerd, ervaren welke kwaliteit de luisteraars te horen hebben gekregen.

Een ontvanger uit die tijd staat al klaar om met zijbanddetectie dit te laten horen.
Als de superheterodyne van Edwin Armstrong zijn meest waardevolle uitvinding zou zijn, en het is fundamenteel voor vrijwel elke radio die sinds 1930 is gemaakt, zou het verrassend zijn als hij zijn prioriteit niet had betwist.

Het geschil eindigde in een nederlaag voor Armstrong. In 1928 werd zijn superheterodyne octrooi ingetrokken. De meeste van zijn vorderingen werden overgedragen aan een Levy octrooi. Voor Westinghouse en RCA maakte dat weinig uit, maar Lucien Levy is dus de echte uitvinder.

De diverse rechtszaken rondom de vele patenten en octrooien die Armstrong indiende (ruim veertig) namen bijna 90% van zijn tijd in beslag. Als tijdens een slaande ruzie met zijn vrouw deze voor altijd het huis verlaat om nooit weer terug te keren, wordt het hem allemaal te veel. Misschien dat de sluimerende ziekte er een rol in heeft gespeeld. Op 1 februari 1954 schroefde hij in zijn appartement van het River House in Manhattan de airco uit het raam. In dergelijke hoge gebouwen kunnen de ramen namelijk niet open in verband met het ondoordacht plaatsen van geraniums in de vensterbank. Hij kleedde zich netjes aan compleet met hoed, tas en overschoenen. Met enige moeite klimt hij door het gapende gat en stort zich van 13 hoog naar beneden. Op de derde verdieping blijft hij levenloos op een balkon liggen waar hij de volgende dag dood wordt gevonden.

De uitvinding van Levy maakt het mogelijk om korte golven te kunnen ontvangen op de langegolf band van de ontvanger. Dit gaat met behulp van een regelbare oscillator waarbij we de ontvanger op een vaste frequentie afstemmen, op een golflengte van 5000 meter (60 kHz).

De oscillator wordt met een koppelelement (een tesla transformator afgestemd op 60 kHz) verbonden met de ontvanger. De spoelen van de trafo meten 14000 uH. Daar is duidelijk over nagedacht. Als we de deze afstemmen op een ontvangst op de 5000 meter dan is een parallel condensator nodig van 500 cm. Enig rekenwerk is op het meegebrachte schoolbord uitgewerkt.

Deze trafo is opgenomen in het anodecircuit van de oscillatortriode. De lamp noemen we de heterodyne en is in deze schakeling de eerste detector. De triode is op klassieke wijze met lekweerstand en roostercondensator geschakeld als een teruggekoppelde detectorlamp, waarbij de anodespanning voldoende op een lage spanning wordt gehouden om goed in de kromme van de karakteristiek te werken. Nu moet ook de afstembare antennekring nog met het rooster van de oscillator verbonden worden en dat geeft gelijk problemen want dan wordt de oscillatorfrequentie beïnvloed en ook het opgewekte signaal van de oscillator bereikt de antenne. Dat is zelfs voor een erkend gediplomeerd zendamateur niet toegestaan.

Eventueel kan een voorzichtige koppeling middels een spoeltje met weinig windingen met de roosterspoel van de oscillator uitkomst bieden. Het blijft behelpen.

Dan wordt er in 1925 in Amerika een schakeling toegepast waarbij het antennesignaal precies op het midden van de oscillator roosterspoel wordt aangesloten. Het antennesignaal zal dan aan beide uiteinden van deze spoel dezelfde polariteit geven en heeft geen enkele invloed op de oscillatorfrequentie. Het antennesignaal slingert nu heen en weer in de roosterruimte van de triode.


 
Door de kromming van de karakteristiek worden de positieve en negatieve signalen niet evenveel versterkt en er ontstaat een zekere gelijkrichting. We noemen dat detectie waarbij we bij de juiste afstemming van de oscillator, een door laagfrequent gemoduleerde 60 kHz signaal overhouden en omdat er ook nog in de ontvanger een detector wordt gebruikt wordt deze eerste triode dan ook in oude schema’s de eerste detector genoemd. Er worden in de triode als het ware drie frequenties door elkaar geroerd, niet met een lepel, maar je zou het mengen kunnen noemen.

Waarbij de afstemming van de tesla spoel de uitgangsfrequentie bepaalt. Door het midden van de oscillator roosterspoel te gebruiken kunnen we dat ook zien als twee in serie geschakelde spoelen waarbij de samen verbonden uiteinden min en plus bij elkaar opgeteld nul zijn. Er komt dus geen signaal van de oscillator in de antenne terecht. We noemen dat de Tropadyne schakeling.  Daar het juiste midden van een spoel moeilijk te bepalen is en ook om patentrechten te omzeilen, gebruikte Levy een afstemcondensator met middenaftakking. De oscillatorspoel is voorzien van een of twee kortgesloten windingen om de zelfinductie te verlagen. Bij te hevig oscilleren wordt de additieve menging anders ongunstig beïnvloed. Deze schakeling wordt de Superhotodyne genoemd.

Een uitgebreide beschrijving van deze bijzondere Radio LL Superhotodyne A7 type 3318 van Lucien Levy, is terug te vinden in het RHT  2/1989- blz 43.

In 1925 komt uit Amerika het schema waarbij een dubbelroosterlamp wordt gebruikt. Ducretet maakt hier gelijk gebruik van. De oscillator is hierbij geschakeld tussen het eerste rooster en de anode. Het antennesignaal wordt aangesloten op het tweede rooster. Dit systeem wordt radio modulateur genoemd. Dit wordt nu bij de lange golf radio ingebouwd waarbij de HF-trioden gekoppeld worden met op 60 kHz afgestemde HF-trafo’s.  Deze zijn alleen met de secundaire op deze frequentie afgestemd. De primaire heeft minder windingen zodat deze een transformatorverhouding 1 : 2,5 heeft. Het is namelijk met trioden vanwege de anoderoostercapaciteit raadzaam om geen gelijke afstemmingen toe te passen met deze trafo’s om genereerneigingen te voorkomen.

Er wordt in bepaalde gevallen geneutrodyniseerd, maar Ducretet houdt het wat eenvoudiger. Duidelijk het begin van wat wij de middenfrequent versterker noemen. Met dat verschil dat in deze oude toestellen in de HF-versterker teruggekoppeld kan worden om morseseinen verzonden middels het ritmisch onderbreken van de draaggolf hoorbaar te kunnen maken.

Het wil nog niet zeggen dat er met dit schema geen oscillatorsignaal in de antenne terecht komt. Veelal wordt er dan ook gewerkt met een raamantenne, die gelijk de afstembare antenneroosterspoel is.

Dit toestel is deze avond gedemonstreerd. Een uitgebreide beschrijving van de schakeling die in deze Ducretet-toestellen wordt gebruikt is terug te vinden in het radiocaféverslag van 22 maart 2011.

Piet van Schagen.