Abstimmung in der drahtlosen Telegraphie. Von Dr. phil. Gustav Eichhorn. Abstimmung in der drahtlosen Telegraphie. Es ist wiederholt in letzter Zeit, auch in dieser Zeitschrift, zum Ausdruck gekommen, dass bisher für eine Abstimmung in der drahtlosen Telegraphie nichts brauchbares geleistet worden sei. Dem mögen die nachstehenden Ausführungen entgegengehalten sein. Was zunächst die Theorie angeht, so ist schon seit längerer Zeit durch die Arbeiten von M. WienM. Wien. Wied. Ann. 61, S. 151, 1897.M. Wien. Ann. d. Phys. 8, S. 686, 1902. und kürzlich von P. DrudeP. Drude. Ann. d. Phys. 13, S. 512, 1904. eine so absolut klare Einsicht geschaffen, dass man auch nicht einen Augenblick über den einzuschlagenden Weg im Zweifel sein kann. Die praktische Fruchtbarkeit der Theorie wurde erwiesen durch die Versuche, welche ich zusammen mit Herrn Dr. L. Mandelstam auf den ehemaligen Braun-Siemens-Stationen an der Ostsee (Sassnitz–Gr. Möllen ca. 170 km) ausführte, welche durch Ausbildung einer sicheren, praktisch brauchbaren Mehrfachtelegraphie den theoretisch erwarteten Abschluss fanden. Ich habe kürzlich alle Einzelheiten darüber publiziertG. Eichhorn: Die drahtlose Telegraphie. Veit & Co. Leipzig, 1904. und beabsichtige in diesem Aufsatz in ganz allgemeiner Form einen Ueberblick zu geben über die Ergebnisse der Gegenüberstellung von Theorie und Praxis innerhalb der Grenzen, welche durch die Natur der bestehenden praktischen Anordnungen selbst festgelegt werden. Es ist bekannt, dass die ursprünglich von Marconi verwendeten einfachen Hertzschen Systeme längst verlassen sind zu gunsten der von F. Braun eingeführten gekoppelten Systeme. Nicht nur ist dadurch die Entwicklung unbegrenzter Energiemengen ermöglicht, sondern auch eine neue Epoche für die drahtlose Telegraphie insofern inauguriert worden, als nunmehr eine rationelle Methode für die Ausbildung der so überaus wichtigen Abstimmung sich von selbst erschloss infolge der Möglichkeit, die Schwingungen eine gewisse Zeit aufrecht zu erhalten. In einem bei der Entladung durch eine Funkenstrecke geschlossenen primären Kreis von grosser Energiekapazität werden die Oszillationen erregt und solche sind deshalb schwach gedämpft; für die Ausstrahlung sorgt das mit dem primären Kreis gekoppelte offene sekundäre Gebilde von kleiner Energiekapazität, welches dadurch enorm gedämpft ist. Wir können die Kopplung definieren durch k2L1L2 = L122 oder der Kopplungskoeffizient k (0 ≦ k ≦ 1) ist gleich L12/√(L1L2), wo L1, L2 die Selbstpotentiale der Einzelsysteme und L12 den Koeffizienten der gegenseitigen Induktion bedeuten. Um von vornherein aus der Theorie die praktisch unmöglichen Fälle auszuscheiden, haben wir uns die Art der bestehenden praktischen Anordnungen zu vergegenwärtigen. An dem unteren Ende des offenen sekundären Systems (Luftdraht) befindet sich eine Spule, durch welche die induktive Erregung von dem primären Kreis aus erreicht wird. Nun muss aber der Luftdraht möglichst lang gewählt werden, teils weil es sich erfahrungsgemäss als günstig erwies, dass die Gegenstände der Umgebung durch ihn überragt werden, teils weil durch eine Verkürzung des Luftdrahtes auch die Energie der Ausstrahlung reduziert würde. Ein grosser Teil von L2 besteht also aus dem Selbstinduktionskoeffizienten des Luftdrahtes selbst, der bedeutende Werte repräsentieren kann. Der Grenzfall ganz fester Kopplung (k = 1), d.h. wo alle magnetischen Kraftlinien des primären Systems durch die Stromfläche des sekundären Systems hindurchgehen würden, ist also für sich unmöglich. Das Gebiet der drahtlosen Telegraphie ist daher in Wirklichkeit nur zwischen den Grenzen einer zwar vorherrschenden, aber nicht allzu engen Kopplung einerseits und der ganz losen Kopplung (k = 0) anderseits zu durchlaufen. Bei dieser vorhandenen Beschränkung reduzieren sich die von der Theorie vorausgesehenen Fälle auf folgende wenige Möglichkeiten unter vorausgesetzter und im allgemeinen zu erstrebender Syntonie der Einzelsysteme: A. Bei vorherrschender Kopplung resultieren zwei wirksame Schwingungen, von denen die eine um ebensoviel höher ist wie die andere tiefer als der gemeinsame Eigenton; beide haben merklich gleiche Dämpfung, nämlich gleich dem arithmetischen Mittel aus den Dämpfungen der beiden Einzelsysteme. Die infolge der verschiedenen Schwingungszahlen entstehenden Schwebungen bewirken temporär höhere Maximalwerte des Potentials; die spezifische Wirkungsart dieser vorherrschenden Kopplung, wovon wir noch später sprechen werden, wird dadurch noch unterstützt. (Waren die Schwingungszahlen der Einzelsysteme nicht übereinstimmend, so stehen die resultierenden zwei Schwingungszahlen weiter voneinander ab als für den Fall idealer Resonanz (Syntonie) und die Dämpfungen sind verschieden. Die auch jetzt auftretenden Schwebungen sind nur anfangs vorhanden und verschwinden um so schneller, je grösser die Differenz der Schwingungszahlen ist.) Wie die Theorie weiterhin zeigtM. Abraham: Physikal. Ztschr. No. 7, 1904. und wie es auch ohne weiteres anschaulich erschien, ist es am vorteilhaftesten, im primären Kreis möglichst grosse Kapazität mit kleiner Selbstinduktion zu kombinieren. B. Bei loser Kopplung, d.h. vorherrschender Dämpfung resultiert als wirksam nur eine einzige Schwingung, deren Dämpfung auf den relativ kleinen Wert der Dämpfung des primären Kreises durch ganz lose Kopplung gebracht werden kann. (Allgemein sieht die Theorie hier zwei gleiche Schwingungszahlen mit verschiedener Dämpfung voraus, allein die eine Dämpfung ist fast gleich derjenigen des sekundären Systems, also enorm; die zugehörige energieschwache Schwingung erlischt sofort und kommt praktisch nicht in Betracht.) Was für diesen Fall die Verteilung von Kapazität und Selbstinduktion angeht, so ist man durch das Thomson-Kirchhoffsche log. Dekrement \delta=\pi\,W\,\sqrt{\frac{C}{L}} zunächst versucht anzunehmen, dass es vorteilhaft sei, der Kapazität im primären Kreise, auf den es ja hier in erster Linie ankommt, kein zu grosses Uebergewicht über die Selbstinduktion zu geben. Herr Professor Drude war nun so freundlich mir mitzuteilen, dass seine kürzlich ausgeführten experimentellen Untersuchungen zu dem Ergebnis geführt haben, dass die Dämpfung nicht mit abnehmender Selbstinduktion wächst, und liegt der Grund, weshalb die durch vorstehenden Ausdruck definierte Dämpfung nicht mit \sqrt{\frac{C}{L}} variiert, daran, dass W nicht annähernd konstant ist, sondern mit C und L stark variiert. Die Dämpfung im Funken scheint aber das Ausschlaggebende zu sein, so dass auch bei loser Kopplung möglichst grosse Kapazität günstig ist. Allgemein ist der wirksame Widerstand eine noch unbekannte Funktion der Elektrizitätsmenge, Spannung und Schwingungszahl. (Im vollständig geschlossenen Kreise ohne Funkenstrecke wächst W proportional dem Quadrat der Schwingungszahl, wie Herr Professor Kleiner (Zürich) hat kürzlich experimentell feststellen lassen und was bis zum hundertfachen des Ohmschen Widerstandes verfolgt wurde.) Nach diesen Feststellungen liegt es auf der Hand, dass man die Reduktion der Dämpfung nur auf dem Gebiete der losen Kopplung bis zu den äussersten Grenzen treiben kann, wie solche durch die heutigen Senderdispositionen gegeben sind. Anderseits ist jedoch wohl zu bedenken, dass mit loser werdenden Kopplung die Potentialamplituden der ausgehenden Wellenzüge immer mehr verkleinert und entsprechend die Entfernungen reduziert werden, welche man überbrücken kann. Die Bezwingung bedeutender Entfernungen erheischt wieder eine immer engere Kopplung, wodurch nach WienM. Wien. L. c. 1902, S. 697. die Potentialamplitude schliesslich bis auf das \sqrt{\frac{L_2}{L_1}} fache hinaufgetrieben werden kann, Abstimmungs- und Entfernungsfragen stehen also prinzipiell in einem gewissen Gegensatz zueinander. Auf den günstigsten Kompromiss zwischen beiden hat WienM. Wien. Ann. d. Phys., Bd. 14, S. 626, 1904. kürzlich aufmerksam gemacht, und zwar lässt er sich gerade abschliessen auf der Scheidegrenze zwischen den beiden Gebieten, d.h. wo die Kopplung gleich der Dämpfungsdifferenz der Einzelsysteme ist. Wir wollen nun zunächst auch den Empfänger für sich betrachten. Wenn man überhaupt von einem Hinderniss für eine genügend scharfe Abstimmung sprechen konnte, so musste man als solches den alten Empfänger bezeichnen, wie er ursprünglich für die Ostseestationen übernommen wurde, an dem die Entwicklung, welche sonst die Methoden und Apparate durchgemacht hatten, spurlos vorübergegangen war. Die Anordnungen bestanden kurz darin, dass mit einem primären Kreis von kleiner Kapazität die Ansätze (Luftdraht-Gegenkapazität) relativ fest gekoppelt waren und ebenso bestand enge Kopplung zwischen dem primären Kreis und einer sekundären Spule von hoher Selbstinduktion, an deren Enden der Kohärer direkt angeschlossen war. Selbst für das Zusammenwirken mit einem fest gekoppelten Sender mussten solche Einrichtungen die denkbar ungünstigsten sein. Die Einstellungen des primären Kreises und die Windungszahl der sekundären Spule konnten, wie eingehende Untersuchungen ergaben, in solch weiten, fast willkürlichen Grenzen variiert werden, dass man eigentlich nur von einem einzigen System sprechen konnte, welches durch die Ansätze enorm gedämpft wurde. Um den Empfänger nur als schwach gedämpftes und deshalb resonanzfähiges Gebilde unter Benutzung von loser Kopplung anwenden zu können oder ihn auch für engere Kopplung mit möglichst günstigen Eigenschaften auszustatten, wurden Aenderungen vorgenommen, die ich an anderer vorerwähnter Stelle ausführlich beschrieben habe. Bei loser Kopplung und zwar sowohl zwischen Ansätzen und primärem Kreis wie auch zwischen letzterem und sekundärem System, das zu einem selbständigen Schwingungskreis ausgebildet wurde, erwies sich jetzt eine scharfe Abstimmung auf die wirksame Senderwelle nicht nur möglich, sondern notwendig in einer Weise, dass für diese neue Anordnungen der Vergleich mit dem ideal resonanzfähigen akustischen System einer Stimmgabel auf Resonanzboden schon zulässig erscheint. Nach diesen Vorausschickungen, welche die jetzt vorhandene praktische Möglichkeit dartun sollten, die schon vor vielen Jahren erkannte und wohl definierte theoretische Möglichkeit einer scharfen Selektion zu verifizieren, wenden wir uns wieder den allgemeinen Betrachtungen zu. Für den enggekoppelten Empfänger gelten die gleichen Betrachtungen wie für den enggekoppelten Sender; dieselben Eigenschwingungszahlen und gleiche Kopplung vorausgesetzt, resultieren dieselben Schwingungszahlen mit merklich gleicher Dämpfung nämlich gleich dem arithmetischen Mittel aus den Dämpfungen der Einzelsysteme. Im günstigsten Falle, d.h. wenn man die Dämpfung des vollständig geschlossenen sekundären Empfangskreises als verschwindend annimmt, würde also die Dämpfung dieses eng gekoppelten Empfängers nur auf die Hälfte der enormen Dämpfung des Mastes gebracht werden können. Anderseits wird aber durch die grosse Windungszahl des sekundären Kreises die Potentialamplitude hinauftransformiert. Die Anwendung fest gekoppelter Sender und Empfänger kann also für eine scharfe Abstimmung garnicht in Betracht kommen, wohl aber ergeben sich daraus die denkbar günstigsten Vorteile, um grosse Entfernungen zu bewältigen infolge erzielter maximaler Potentialamplituden. Dagegen ergibt sich nun für den lose gekoppelten Empfänger analog wie bei dem lose gekoppelten Sender als wirksam nur eine einzige Schwingung mit einer Dämpfung, die durch ganz lose Kopplung auf den verschwindend kleinen Wert der Dämpfung des ganz geschlossenen sekundären Empfangskreises reduziert werden kann. Diese vorhandene Möglichkeit vollständig auszunutzen, ist aber vorläufig noch zwecklos, da im günstigsten Falle bei ganz lose gekoppeltem Sender die Dämpfung der wirksamen Senderschwingung hauptsächlich infolge der leidigen Funkenstrecke des primären Kreises doch ganz unvergleichlich grösser ist. Je kleiner die Dämpfung, um so schärfer ist natürlich die Resonanz, um so kleiner kann die notwendige Dissonanz zwischen zwei gleichzeitig wirksamen Schwingungen sein, um eine Interferenz auszuschliessen. Nehmen wir mit Wien an, dass bei gleichen Entfernungen die Empfindlichkeit des Empfängers für die richtige Schwingung etwa doppelt so gross und bei verschiedenen Entfernungen bezw. verschiedenen Intensitäten der auftreffenden Wellen mindestens viermal so gross sein soll als für eine abweichende Schwingung, so brauchte diese notwendige Dissonanz im ersteren Falle nur etwa 5 v. T., im zweiten Falle etwa 5 v. H. der Schwingungszahl betragen. In dieser Schärfe ist also selbst bei heutigen Anordnungen, wenn sie ganz lose gekoppelt sind, die Abstimmung bezw. eine sichere Mehrfachtelegraphie zu erreichen. Im Vergleich zu enger Kopplung erkennt man bei angenommener gleicher Amplitude der ankommenden Welle im lose gekoppelten Empfänger eine mehrfach vergrösserte Amplitude, die aber nur erzielt wurde durch die geringe Dämpfung der wirksamen Senderwelle infolge loser Kopplung und der dadurch bedingten enormen Reduction ihrer Potentialamplituden. Nachteil und Vorteil in dieser Hinsicht stehen etwa im Verhältniss von 100 : 10 und entsprechend reduziert sich die Grösse maximaler Entfernung, bei welcher neben der Abstimmung auch noch die Betriebssicherheit besteht. Nimmt man den Telegraphierbereich für normale relativ eng gekoppelte Dispositionen mit 500 km an, so würde also über eine Zone von etwa 50 km die lose Kopplung im Sender und Empfänger eine äusserst scharfe Selektion ermöglichen, und zwar derart, dass man auch bei differenten Entfernungen mit mindestens 50–100 Stationen gleichzeitig arbeiten könnte innerhalb der Anzahl der üblichen und praktisch möglichen Wellenlängen. Die heutige Anwendung der drahtlosen Telegraphie beschränkt sich aber noch hauptsächlich auf militärische Operationen in Heer und Marine sowie auf den Sicherheits- und Lotsendienst für die Schiffahrt im allgemeinen, und eine derart scharfe Selektion, wie wir solche gekennzeichnet haben, erscheint bei weitem noch nicht erforderlich. Es wird mehr als hinreichend sein, mit Wellenlängen gleichzeitig telegraphieren zu können, die etwa 10–15 v. H. der Schwingungszahl voneinander abweichen, und das läset sich dann entsprechend schon auf Entfernungen von 100–200 km mit Sicherheit erreichen. Bei der Vorführung der nach solchen Gesichtspunkten auf den Ostseestationen ausgebildeten Mehrfachtelegraphie vor den Vertretern des Torpedo-Versuchskommandos betrug der Unterschied in den beiden wirksamen Wellenlängen etwa 15 v. H. und die Tendenz zu einer Störungsfreiheit wurde schon bei differenten Entfernungen von 10 km und 170 km sehr merklich; sie nahm dann mit der sich weiter entfernenden einen Station (S. M. S. „Nymphe“) rapid zu und bei erreichten Entfernungen von etwa 17 km und 170 km war die Selektion eine so absolut reine und zuverlässige, dass ohne Zweifel die Differenz der wirksamen Wellenlängen noch erheblich kleiner hätte sein können schon bei diesen ungünstigen Entfernungsverhältnissen, also erst recht bei gleichen Entfernungen. Die Längen der wirksamen Wellen wurden durch den WellenmesserJ. Dönitz. E. T. Z. 1903, S. 920 (Der Wellenmesser). kontrolliert und solche ergaben sich in völliger Uebereinstimmung mit den Werten der Einstellungen der Empfangsschwingungskreise (unter Berücksichtigung der Korrekturen im primären Kreis infolge der Kapazität der Ansätze und im sekundären Kreis infolge der kleinen Kapazität des Kohärers, die in besonderer Weise exakt bestimmt wurde). Will man alle Vorteile gehörig wahrnehmen, die sich aus den theoretischen Unterscheidungen der spezifischen Wirkungsweisen der Kopplungsarten ergeben, so ist es nach DrudeP. Drude. L. c. 1904. am besten, dass bei loser Kopplung der Empfänger einen auf Integraleffekt reagierenden Indikator enthalte. Für diesen Fall erscheinen also etwa die Fessendenschen Bolometerdrähte oder Rutherfords Magnetinduktor günstiger als der Kohärer, für den es bekanntlich auf die Grösse maximaler Potentialamplitude der pulsierenden Schwingungen ankommt, so dass er für vorherrschende Kopplungen, also für sehr grosse Entfernungen besonders geeignet ist; immerhin tut er aber auch in Fällen loser Kopplung gute Dienste. Die erwähnten Tatsachen zeigen demnach das wirkliche Vorhandensein einer Abstimmung in der drahtlosen Telegraphie, die selbst dann, wenn die günstigsten theoretischen Möglichkeiten wegen eines erforderlichen gewissen Verzichtes auf Intensität nicht realisiert werden, noch als ausreichend bezeichnet werden darf. Freilich, was erreicht werden kann, wenn wir es einmal verstehen, mit kontinuierlichen elektrischen Oszillationen zu operieren, anstatt nach der heutigen Methode mit mehr oder weniger gedämpften Wellenzügen, darüber ist sich wohl kein Fachmann im Unklaren..