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Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie.

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329
E c h o m e s s u n p m in der draht7osen Telegraphic
F'on G. G o u b a u l) (1)
(Mit 46 Figuren)
T
1.
Das in1 folgenden beniitzte Verfahren zur Messung der
wirksamen Hohe der Kennelly-Heaviside-Schicht beruht im
wesentlichen auf der sog. Echoniethode von B r e i t und Tuve(2).
Diese besteht darin, daB man mit einem Sender kurze
Xellengruppen ausstrahlt, die ron einem EmpBnger aufgenommen und registriert werden. I m allgemeinen entsprechen
dann einer einzigen U'ellengruppe des Senders mehrere Zeichen
im Empfiinger. Das erste ,,direkte" riihrt von der Bodenwelle
her, die folgenden ,,Ethos" von einer oder mehreren Luftmellen,
die von der Kennelly-Heaviside-Schicht xuruckgeworfen werclen.
Die Versuchsanordnung (3) ist folgende:
A. M o d u l a t i o n s e i n r i c h t u n g im S e n d e r
Die dnordnung im Sender ist schematisch in Fig. 1 dargestellt. Die kurzen Impulse, die zur Modulation des Senders
dienen, werden durcli eine stark gesattigte Eisendrossel D hergestellt, die sich in einem von einem 500-Perioden-Generator
gespeisten Kondensatorkreis befindet. Der zeitliche Verlauf
der Spannung an den Enden der Drossel besitzt bei sinusformigem Nagnetisierungsstrom stoBartigen Charakter [Fig. 2).
Der Sender besteht aus einem Steuersender und einem
neutralisierten Hochfrequenzverstarker. Die Gitter der Hochfrequenzverstarkerrahren haben so starke negative Vorspannung,
dafi im Ruhezustand kein Anodenstrom und somit auch kein
1) G. G o u b a u , Gekiirzte Doktor-Dissertation der Technischen
Hochschule Miinchen, eingereicht am 12.11. 1931.
G. Goubau
330
Antennenstrom flieBt. I n die Zufiihrungsleitung der Gitte. vorspannurig wird die Eisendrossel D eiugeschaltet, und man
ksnn bei geniigend hoher negativer Vorspannung erreichen!
t
U
Fig. 1
Fig. 2
da8 nur in dem kurzen Zeitintervall t , - tz
(Fig. 2) der Anodenstrom flieBen kann.
Man bekommt auf diese Weise 500mal
in der Sekunde kurze Wellengruppeu, deren
Zeitdauer ungefahr l/loooo Sek. betragt. Der
zeitliche T-erlauf des dntennenstromes ist
aus der Fig. 3 ersichtlich, die mit einer
B r a u n schen Riihre erhalten wurde. Die
vertikale Bblenkung ist proportional deI11
Fig. 3
Bntennenstrom; die horizontale Hilfsablenkung wurde durch den sinusforrnigen Stroin
eines Kondensatorkreises hergestellt, der durch den 500-PeriodenGenerator gespeist wurde.
B. Empfangsanordnung
1. An der Empfangsanordnung (Fig. 4) kann man eaei
Teile unterscheiden.
Der eine stellt den eigentlichen ,,Empfanger" dar. Er
besteht aus einer Rahmenantenne, einem Hochfrequenz-
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
33 1
.
erstarker, eineni Anodengleichrichter und einer Stufe
eines Niederfrequenzverstiirkers mit Kondensator-WiderstandsKopplung.
Da so kurze Kellengruppen einem sehr breiten Frequenzspektrum entsprechen - schatzungsweise spielen noch Modulationsfrequenzen von f 30000/sec eine merkliche liolle -,
mug der Hochfrequenzverstarker uber diesen Bereich ziemlich
gleichmiBig verstarken. Dies wurde dadurch erreicht, daB die
a,bgestimmten Anodenkreise der Hochfrequenzverstarkerrohren
(Schirmgitterrohren) verhaltnisma6ig stark gediimpft wurden
Fig. 4
und, um trotzdem hohe Verstarkung zu erzielen, mit moglichst
groBer Resonanzinduktivitat ausgefuhrt wurden. Auf diese
Weise trat selbst bei starker Ubersteuerung des Empfangers
keine unzulassige Verbreiterung der Zeichen auf.
Der Ausgang des Empfangers ist an den Ablenkungskondensator der B r a u n schen Rohre gefuhrt. Bei jedem
Zeichen des Senders erhalt er eine Spannung, die den Phosphoreszenzfleck wahrend der Dauer des Zeichens in Richtung
des elektrischen Feldes und zwar vertikal ablenkt.
Den zweiten Teil der Empfangsanordnung bildet ein Rohrengenerator - ,,500 ~-ROhrengenerator(Lvon Fig. 4 -, der
den 500-Perioden-Strom fur ein magnetisches Drehfeld in der
B r a u n schen Rohre liefert. Dieser Rohrengenerator mug,
damit man stehende Bilder erhalt, mit der Grundperiode der
332
G. Goubau
ausgesandten Impulse, d. h. mit dem 500-Perioden-Generator
im Sender, synchronisiert werden.
Dies geschah in der folgenden Xeise:
Die vom Empf anger aufgenommenen Zeichen werden,
auBer dem Ablenkungskondensator der Br a u n schen Rohre,
iiber einen Spannungsteiler P auch noch einem gewohnlichen
Niederfreyuenzverstiirker zugefiihrt. Um fur diesen eine moglichst kraftige Grundschmingung LU erhalten , werden die
Spitzen vorher noch rerbreitert , was durch A4nschalten
eines Kondensators - C - parallel zum Eingang erreicht
wird. Die Ausgangsspannung des Verstiirkers virlit auf
den 500 --Rohrengenerator
so, da6
(lessen Frequenz ,,mitgenommen" wird.
Sie ist cladurch genau gleich der Frequenz der 500-Perioden-Xaschiue iin Sender
E
und folgte automatisch
4
kleinen Schwankungen
clerselben.
'I'atsachlich
reichen schon sehr
schaache Zeichen zur
Gynchronisierung aus.
Das Bild, das man
auf Clem Schirni der
B r a u n schen Rohre erFig. 5
Fig. tj
hiilt, hat, wenn nur ein
direktes Zeichen eintrifft, die Form von Fig. 5, menn auBer den1
direkten Zeichen noch ein Echo ankommt, diejenige vou Fig. 6.
2. Die Empfindlichkeit der Empfangsanordnung ivurde
zwaw niclit gemessen, sie laBt sich aber ungefahr aus folgender
nberlegung bestimmen. Die FeldstSirke des Herzogstandsenders in Ingolstadt berechnet sich zu 0,l-0,2 Nillivolt.
Bei dieser Felclstarke war die Empfangsanordnung gerade ailsgesteuert (etwa 15 mm -4usschlag an der Braunschen Rijhre).
Darnach kann man also schiitzen, da6 Echos mit einer Feldstiirke von 10-20 Mikrovolt noch deutlich sichtbar sein
miissen.
Die game MeBanordnung hat sich wahrend der ziemlicli
ausgedehnten Versuche gut bewiihrt. Ihre Vorteile sind an
anderer Stelle (1) liervorgehoben.
0
3
t
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
333
11. Auawertung der Aufnahmen
1. Um den Abstand zweier Zeiclien bestimmen zu konnen,
ist es Tor allem notig, bestimmte Punkte der Zeichen festzulegen, die man zur Abstandsmessung benutzen kann. Als
solche Bezugspunkte kommen Beginn und Maximum der Impulse in Frage, da ihre Lage von der Intensitat unabhgngig
ist. An und fur sich ist es gleichgultig? ob man vom Anfang
cles einen Zeichens zum Anfang des andern, oder ob man von
Spitze zu Spitze niiBt, vorausgesetzt natiirlich, daB die Signale
auf ihren verschiedenen Wegen keine wesentlichen Verzerrungen
hinsichtlich ihrer Form erlitten haben. Trotzdem wird man
aber nur selten die beiden Moglichkeiten gleichzeitig mit derselben Genauigkeit anwenden konnen und zwar liegt dies im
Wesen des Empfangers begrundet. Bei starken Zeichen tritt
in Anbetracht der hoheri Verstarkung des Empfangers Ubersteuerung der Riihren ein, was zur Folge hat, daB die Zeiclien
in Rechtecke entarten, so daB ihre Maxima nicht mehr festzustellen siud. Anderseits kann bei schwachen Signalen der
Beginn des Anstiegs nicht genau festgelegt werden, da man
bei kleinen Amplituden eine quadratische Gleichrichtung hat,
die den Anstieg etwas verspatet erscheinen 15iBt.
Der Abstand zweier mittelgrorjer oder kleiner Zeichen
wurde im allgemeinen von Spitze zu Spitze gemessen und der
von groBen von Anfang zu Bnfnng. Nun trat sehr haufig der
Fall ein, daB das direkte Zeichen sehr groB und das auszumessende Echo sehr klein war; bei gedrehtem Rahmen konnte
auch der umgekehrte Fall eintreten. Solche Aufnahmen wurden
dann derart ausgewertet, daB vom Anfang des groBen Zeichens
zur Spitze des kleinen gemessen wurde und die zeitliche
Differenz Anfang - Spitze, die fur alle Zeichen ungefahr die
gleiche war und demnach aus irgendeiner Aufnahme bestimmt
werden konnte'), nachtraglich beriicksichtigt wurde.
Diese moglichst genaue Ausmessung hat natiirlich nur
einen Sinn unter der schon erwahnten Voraussetzung, daB
die Zeichen nicht wesentlich auf ihrem Wege verzerrt werden,
was auch in den meisten Fallen zutrifft. Treten starke Ver1) Sie ist nur wenig gr6Ser als die am dem Antennenstrom (Fig. 3)
bestimmte.
G. Goubau
334
zerrungen auf, so werden die nach den verschiedenen Miiglichkeiten gemessenen MTerte verschieclen sein. I n solchen
Fillen spielt dies aber keine groBe Rolle, da die Schichthiihe dann ohnehin ziemlich undefiniert sein muB.
2. Prinzipielle Schmierigkeit machen doppelte oder niehrfache Echos, die so nalie beieinander liegen, daB sich die
Wellenziige teilweise iiberdecken (vgl. z. H. Fig. 41). Zwar
l&Bt sich die Laufzeit des ersten Echos gegeniiber dem direkten
Zeichen, wenn es so stark ist, dal3 man vom Anstieg aus
messen kann, genan so ermitteln, wie im Falle eines einfachen
Echos. Aber die Laufzeit der weitern Echos ist unsicher, da
man uber die Phasenbeziehung der Wellenziige nichts wei8.
I n solchen Fallen wurde in Ermangelung von etwas
Resserein von Spitze zu Spitze gemessen, da der Fehler ini
allgemeinen nicht sehr groB
sein konnte.
Fig. 8
Fig. 7
3. Die Bestimmung des Laufzeitunterschiedes t zwischen
einem Echo und dem direkten Signal ist bei einem kreisformigen magnetischen Drehfeld sehr einfach. hus dem
Winkel sp (Fig. 7) bzw. y' (Fig. S), den die zu den Bezugspunkten gezogenen Radien einschlieBen, ergibt sich bei der
bekannten Umlaufszahl des Phosphoreszenzflecks n pro Sekunde
die Laufzeitdifferenz
t =
360
1
.n
tvobei t' die Zeitdauer des Anstiegs (von 0 bis zur Spitze)
eines Impulses bedeutet. Die GroBe t' wurde aus -4ufnahmen
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
335
bestimmt, bei denen der Snsatz und die Spitze der Echos
oder des direkten Zeichens gut definiert maren, nnd variierte bei
beiden Sendern nur etwa zmischen 1/15000 und 1/18000 Sek.
S u s der Laufzeitdifferenz und der bekannten Entfernung d
zwischen Sender und Empfanger kann man unter der wohl
gerechtfertigten Annahme, daB die Grnppengeschwindigkeit
langs der Erdoberflache ungefahr gleich der Lichtgeschwindigkeit c in nicht ionisierter Luft ist, die ,,Laufzeit" z des Echos
bestimmen. Es ist
z=t+-.
(1
4. Hieraus 1aBt sich nun in ublicher Weise die ,,wirksame'' (Bquivalente) Hohe der reflektierenden Schicht berechnen.
Man schematisiert die
C
Verhaltnisse so, wie es
Fig. 9 darstellt. fjber
den tatsachlichen Verlauf der Luftwelle ist
I
wenig bekannt.
Man
vermutet, daB sie so,
wie die stark ausgezogene Kurve verlauft,
d. h. die Bahn ( S A und
B E ) in dem unteren
Teil der At.mosphare
ohne merklichen Elektronengehalt ist geradlinig, dagegen gekriimmt
Fig. 9
( A H B ) in dem Teil der
Atmosphare
oberhalb
A B , in dem die Elektronendichte bzw. ihr Gradient auf
die Ausbreitung der Wellen EinfluB gewinnt. (Die Annahme der gekrummten Bahn bereitet allerdings eine gewisse
Schwierigkeit bei senkrechtem Einfall der Wellen.) Stntt
dessen stellt man sich Tor, daB die Welle a n einer horizontalen Kennelly-Heaviside-Schicht C D in der Hohe h' iiber
dem Erdboden reflektiert wird und daB unterhalb dieser Schicht
die Btmosphare als merklich elektronenfrei be trachtet werden
kann, d. h. also, daB der Gang des Strahls S A H und H B E
----t"----I /
336
G. Goubau
geradlinig ist. Eine gewisse Berechtigung dieser Schematisierung liegt darin, da6 die Zeit, die die Kellengruppe auf dein
Bquivalenten Weg ( S A H B E ) in einer elektronenfreien htmosphaire mit der konstauten Fortp~anzungsgeschwindigkeit c
braucht, bei Vernachlassjgung cles erdmagnetischen Feldes
genau dieselbe ist wie diejenige, in der sie den tatsiichlichen
Weg S A H B E mit einer oberhalb A B veranderlichen Gruppengeschwindigkeit zuriicklegt (4). Die praktische Bedeutung ist
die, daB man aus der gemessenen Laufzeit x des Echos, die
man als DiEerenz der Zeiten auffa&, welclie die Luftwelle auf dem
Wege S A H B E und die Bodenwelle auf dem Wege S N E , beide
mit der Portpflanzungsgeschwindigkeit c, in elektronenfreier Atmosphare brauchen , die aquivalente
(nirksame) Hohe h berechnen kann,
A" da man die Entfernung d = S M E
zwischen Sender und Empfiinger
kennt. Es ist
h 2
=
+
[(c')"
-
4.
Nun kann aber der Gang der
Strahlen bekanntlich auch ein
anderer sein, niimlich - aieder
unter der Vorstellung der reFig. 10
flektierenden Kennelly-HeavisideSchicht - derjenige, der in
Fig. 10 durch die ausgezogene Linie (zweimalige Reflexion)
wiedergegeben ist. Rechnet man liier aus der gemessenen
Laufzeit des Echos die wirksame Hohe, so erhalt man die
Hohe h", die das Doppelte der Hohe h' der Kennelly-Heaviside-Schicht ist. Umgekehrt: bekommt man auBer einern Echo
noch ein zweites mit langerer Laufzeit, so kann dieses aweite
Echo nur dann einer zweimaligen Reflexion an derselben horizontalen Kennelly-Heaviside-Schicht entsprechen, wenn die aus
den Laufzeiten berechneten wirksamen Hohen sich \vie 2 :1
verbalten. (Vgl. aber V 11.)
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
337
Entsprechendes gilt fur dreimalige Reflexion, die eine
dreimal so grofie wirksame Hohe ergibt, als eine einmalige
Reflexion an derselben Schicht.
5. Im giinstigsten Fall (bei kreisforniigem Drehfeld) laBt
sich bei der Ausmessung der Aufnahmen 'p auf & l obestimmen,
d. h. t auf & 5.10+ Sek. und somit die Hohe h auf etwa
f 1 km. Meistens ist jedoch die Genauigkeit nur halb so
grog. Sie wird kleiner, wenn der Anstieg des Impulses ungefAhr tangential zur Hilfsablenkungsfigur zu liegen kommt
(z. B. in Fig. 19 direktes Zeichen und zweites Echo).
6. Die aus den einzelnen Aufnahmen gemessenen Hohen
der wirksamen Schicht sind in Tabellen oder in Figuren eingetragen.
In den Tabellen stammen die jeweils untereinander
stehenden und durch eine Klammer verbundenen Werte aus
ein und derselben Aufnahme und entsprechen also genau
gleichen Zeiten.
Bei der Darstellung der Versuchsergebnisse in Figuren
sind die einzelnen Werte in Form von kleinen ausgefullten
Rechtecken eingetragen. Die Hohen der Rechtecke geben ein
Ma8 fur die Genauigkeit, mit der sich die betreffende Aufnahme ausmessen lie& Die ubereinanderstehenden und durch
eine vertikale gestrichelte Linie verbundenen Werte (Rechtecke)
sind derselben Aufnnhme entnommen.
Wo der Verdncht einer zweimaligen oder dreimaligen
Reflexion vorlag, wurde auger der gemessenen Hohe auch noch
die Halfte bzw. der dritte Teil derselben in Form eines nicht
ausgefiillten Rechtecks in die Figuren aufgenommen. Z. B.
wurde am 4.April 1930 Fig. 1 7 bei der ersten Aufnahme
yon Herzogstandsender auBer der wirksamen Hijhe von 93,5
bis 96,5 km eine zwischen 185 und 188 km gemessen und
auch deren Halfte 92,5 bis 94 km, etwas nach rechts verschoben, eingetragen. Der Deatlichkeit halber sind diese
gleichzeitigen Werte durch einen kleinen horizontalen Strich
als zu derselben Aufnahme gehorig markiert.
In denjenigen Figuren, in denen die Mefiwerte in der genauen zeitlichen Aufeinanderfolge eingetragen wurden, kam es
vor, dal3 zwei unmittelbar hintereinander gemachte Aufnahmen
I
Annalen der Physik. 6. Folge. 10.
22
338
G . Goubau
etwas gegeneinander verschoben werden mufiten, damit sich
die Rechtecke nicht uberdeckten.
Theoretisch besteht fur die Ausmessung noch eine Schwierigkeit, die im iibrigen nicht nur dieser Methode anhaftet. Aus
dem Rinkel 'p folgt die Laufzeit nicht eindeutig. Es lie@ die
Miiglichkeit vor, daB zwischen direktem Zeichen und Echo der
Fleck der Braunschen Rohre nicht nur den Winkel rp, sondern
auBerdem noch einen ganzen Umlauf, eventuell auch mehrere
zuruckgelegt hat, so daB also fur die Berechnung der Laufzeit
nicht der Winkel sp, sondern der Xinkel y k.360° zugmnde
zu legen ist. Obwohl es nicht gerade wahrscheinlich ist es wurde dies f u r die wirksame Hohe eine VergroBerung um
etwa k.300 km bedeuten -, murde doch jeder Zweifel in folgender Weise behoben. Es wurde mehrmals auf telephonischen Anruf die Drehzahl des 500 Periodengenerators im
Sender (vgl. Fig. 1) verandert (z. B. von 550 auf 450/sec),
dann entsprechend im Empf anger der Rohrengenerator auf
diese Frequenz eingestellt. Die Messungen, die unter diesen
Umstanden gemacht wurden, haben niemals andere Resultate
ergeben, als diejenigen mit der normalen Zeichenfrequenz von
500/sec; sie hiitten das aber mussen, wenn bei der Auswertung der Bilder eine Tauschung nm eine game Zeichenperiode vorgelegen hiitte.
+
111. Durchfuhrung der Vereuohe
1. Als Sender diente bei den Versuchen der Munchener
Rundfunksender in Stadelheim bei Munchen (f = 563. 103/sec,
h = 532,9 m) und aufierdem ein Sender des Reichspostzentralamtes Abt. Miinchen, am FuBe des Herzogstandes mit ungefahr derselben Frequenz. Die Telegraphiestrichleistung betrug beim Munchener Sender 9 kX' und beim Herzogstandsender 6 kW,doch wurden die Sender fur die Spitzenmodulation nur zu etwa 2/i, ausgesteuert.
Zur Beurteilung der MeBergebnisse ist es rielleicht von
Bedeutung, einige Angaben uber die Antennenanlagen zu
machen. Der Munchener Sender arbeitete mit einer etwa 75 m
hohen T-Antenne, der Herzogstandsender mit einer Vertikalantenne von etwa 198 m Hohe. Diese war ursprunglich die
Ableitung eines zwischen ,,Herzogstand'( und ,,Stein" gespannten
Echoniessungen in der drahtlosen Telegraphie
339
Antennenkabels fur lange Wellen und wurde fur die Versuche von ihm durch einen Isolator getrennt. F u r den Herzogstandsender wurde noch eine zweite umgekehrte L-Antenne
errichtet. Sie iiberspannte ein kleines Tal und hatte eine
Llnge yon (horizontal) 110 m und einen mittleren Bodenabstand von etwa 10 m.
In einer Anzahl von Beobachtungsnachten wurden die
beiden Sender unmittelbar nacheinander in Betrieb genommen.
Es sollte dadurcli untersucht werden, ob die wirksame Hohe
der Kennelly-Heavisideschicht unter moglichst denselben atmospharischen Bedingungen verschieden ausfallt , wenn die
Entfernung zwischen Sender und Empfanger und damit der
Einfallswinkel auf die reflektierende Schicht verschieden ist.
2. Beobachtet wurde sowohl bei Tag, als auch bei Nacht,
und zwar nachts meist von Ooo oder loo
an, wenn der Rundfunkbetrieb aufgehort hatte. Haufig erstreckten sich auch die
Messungen uber den Sonnenaufgang hinweg, wobei sie dann
im allgemeinen so lange fortgesetzt wurden, bis die Echos verschwanden oder das Rundfunkprogramm zu einer Unterbrechung zwang (645).
Beim nbergang vom Tag zur Nacht konnten, auBer einem
ausfiihrlichen Versuch am 18. April 1930, nur wenige kurzdauernde Beobachtungen in Pausen des Rundfunkprogramms
gemacht werden.
I m ganzen ist in 45 Nachten zwischen dem 27. September
1929 und 12. Juli 1930 wahrend 75 Stunden beobachtet worden,
wobei rund 550 Aufnahmen gemacht und ausgewertet wurden.
Dabei mu8 insbesondere auch fur die Beurteilung der folgenden
Tabellen bzw. Figuren folgendes bedacht werden. Wenn ein
Bild auf dem Schirm der Braunschen Rdhre keine bemerkenswerte xnderung zeigte, so wurden im allgemeinen nur
in gro8eren Zeitabstanden Aufnahmen gemacht. Auf die betreffende Zeit entfallen also nur wenige MeBwerte. Es wurde
aber wahrend der ganzen Zeit beobachtet und es wurde sofort
photographiert worden sein, wenn irgendeine erhebliche Xnderung eingetreten ware. Ebenso wurden natiirlich keine Aufnahmen gemacht, wenn keine Echos vorhanden waren.
3. Der Empfanger befand sich der Reihe nach in Memmingen, Landsberg a. Lech, Miinchen, Ingolstadt, Kochel,
22 *
340
G.Goubau
Schlehdorf und dann wieder in Kochel. Fur die Memminger
und Landsberger Versuche konnte nur der Miinchener Sender
verwendet werden. Die Lage der einzelnen Empfangsorte ist
o Empfinger
Sender
Beseichnnngen
H = Herzogstandsender
J = Ingolstadt
K = Kochel
L = Landaberg a. Lech
M = Memmingen
Mii = Miinchen
SchZ = Schlehdorf
Entfernungen
Miinchener Sender: Ingolstadt = $4 km
Kochel
= 51 ,,
Landsberg = 53 11
Mernmingen = 10G ,,
Munchen-E.= 6 ,,
Schlehdorf = 53 ,?
Herzogstandaender: Ingolstadt = 126 ,,
Kochel
=
5 77
Munchen-E.= GO ,,
Schlehdorf = 3 ,,
Fig. 11
in der Karte, Fig. 11, eingetragen, aus der auch die Entfernungen zwischen Sender und Empfanger ersichtlich sind.
Die Sender sind durch einen Punkt und die Empfangsorte
durch einen kleinen Kreis gekennzeichnet.
Echomessungen i n der drahtlosen
Telegraphic
341
Die ersten Versuche wurden in Memmingen gemacht, da
dort der Empfang des Miinchener Senders in den Abendstunden an sehr starken Verzerrungen litt. E s war hiernach
zu vermuten, da6 in der Nachtzeit auBer der normalen Bodenwelle eine Luftwelle ankam, die zu Interferenzen AnlaB
gab. Man sollte zwar erwarten, da6 solche Interferenzen
hauptsachlich Schwankungen der Amplitude gaben und Verzerrungen nur insofern vernrsachten, als eine Schwachung bzw.
Versfarkung der Modulationsseitenbander relativ zur Qrundwelle auftritt (selektive Fadings), Da jedoch der Sender
damals, als Nebenerscheinung der Amplitudenmodulation,
gleichzeitig Frequenzmodulation besaS (5),traten bei Interferenz
mehrerer Wellenziige nach der Gleichrichtung Kombinationstone auf, die zu den starken Verzerrungen Anla6 gaben.
Der Hauptzweck der Versuche in Memmingen und Landsberg war der, das Vorhandensein der Mehrfachwege in dem
Auftreten von Echos nachzuweisen und festzustellen, ob vielleicht auch Reflexionen an den Alpen eine Rolle spielten. Es
ist in der Literatur die Vermutung ausgedriickt worden (6), da6
Gebirge zur Entstehung von Echos Anla6 geben konnten.
Diese Moglichkeit ist nicht ohne weiteres von der Hand zu
weisen. Da fur die Untersuchung dieser Frage die Verhaltnisse besonders giinstig lagen, insofern als in ungefahr 50 km
Entfernung vom Miinchener Sender die Nordwande der Alpenkette ziemlich steil gegenuber dem Vorland (um etwa 1000
bis 2000 m) ansteigen, so wurde in Memmingen und in Landsberg nach solchen Reflexionen gesucht. Weiterhin sollten Erfahrungen in der Bedienung der Apparatur gesammelt und
noch vorhandene Mange1 beseitigt werden. Es handelte sich
demnach bei den Versuchen in Memmingen und Landsberg a. L.
mehr um einfuhrende Messungen.
IV. Vereuahaergebnisse
1. Be o b a c h t un g s o r t 11em m i n g e n
Bei Tag waren keine Echos zu beobachten, was im allgemeinen auch bei den spateren Versuchen der Fall war (vgl.
hierzu V, 1). Erst kurz vor Sonnenuntergang traten Echos auf,
doch war es nicht moglich, hiervon ausmeBbare Aufnahmen zu
machen, da die auswartigen Rundfunkstationen infolge der
342
G. Goubau
notwendigen geringen Trennscharfe des Empfangers (vgl. I, B)
zu sehr stbrten.
Die Zahl der gleichzeitig auftretenden Echos betrug iiii
Hochstfdle 6. Von diesen erreichten aber nur die ersten zwei
groBe Intensitat. Ein drittes Echo, das zeitweise beobachtet
wurde, von dem aber leider nur eine ausme5bare Aufnahme
gelang (vgl. Tab. 1, 7 . 4 3 . X.), schien einer zweimaligen Reflexion a n der Heavisideschicht und einer einmaligen an cler
Erde zu entsprechen. Die beiden iibrigen Echos konnten nur
in einer Nacht kurze Zeit beobachtet werden.')
Der Polarisationszustand der Echos war dauernden Anderungen unterworfen. Dabei traten samtliche moglichen Polarisationszustande abwechselnd auf. Diese Beobnchtung wurde
auch bei allen spateren Versuchen gemacht.
I n nachfolgender Tabelle sind die MeEergebnisse der einzelnen Beobachtungstage zusammengestellt. Da anfangs noch
gewisse Schwierigkeiten in der Synchronisierung der Hilfsablenkung vorlagen, so konnten bei den ersten Versuchen nur
wenige Aufnahmen gemacht werden. Als ungefahres Ma5 fur
die mittlere Intensitat sind die Bezeichnungen ,,schwachi',
,,mittel" und ,,stark" angegeben. Dabei bedeutet ,,stark", da5
die Echos haufig ebenso groB oder groBer als das direkte
(1929)
I
Tabelle 1
Zeit
Bern.
I
I
I
27.-28. IX.
28.-29. IX.
4.-5. X.
6. X.
7. x.
7.-8. X.
Gemessene Hohen
~~
_
_
werte
_
~
-~
~
~
2345-045
23"-0"
stark
stark
97
23"-04'
stark
lE} l::}
1'0-2'a
schwach
0~~--045 mittel I
97 96' 97 96 98 96 98 94 98
23'6-045 stark
116) 11s)
119) 120)
p:}
I
98
I} '
104
94
2345-0'6 stark
8.--9. X.
1151 112 110 109 114 110
000-0'5
10. x.
schwach
10.-11. X. 23'5-04:
stark
89 92 91 92 93 90 93
1) Es traten hier an Stelle der normalen Echos vier sehr benachbarte auf (vgl. z. B. Fig. 41).
~
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
343
Signal waren. ,,SchwachL6gibt an, daB nur ab und zu Echos
aufgetreten sind und dabei im allgemeinen mit kleiner Intensitat. Hieraus ergibt sich auch ohne weiteres der Sinn fur
die Bezeichnung ,,mittel". *4us samtlichen in einer Nacht gemessenen Hohen wurde der Mittelwert gebildet und in der
Tab. 1 eingetragen. Nicht beriicksichtigt wurde dabei der
eine Wert vom 7.--8. X. (194 km), der als zweimalige Reflexion gedeutet wurde.
Die gemessenen Werte wurden sorgfaltig darsufhin gepruft, ob einzelne von ihnen sich durch Reflexion an den
Alpen erklaren lassen. Dabei wurde nicht nur die Moglichkeit in Betracht gezogen, dal3 die Wellen langs der Erdoberfliiche vom Sender zu den Alpen und von dort zum Empfinger
gelangen. Es wurde vielmehr aiich der - vielleicht sogar
wahrscheinlichere - Fall betrachtet, daB die schon einmal
a n der Heavisideschicht reflektierten Wellen von oben auf
die Blpen auffallen und hier ein zweitev Ma1 reflektiert
werden und dann langs des Erdbodens weiterlaufen, oder dafi
die auf die Alpenwande auftreffenden Wellen nach oben
reflektiert werden und durch Reflexion an der Heavisideschicht
wieder zum Empfanger ge1angen.l) Es lie€! sich aber in keinem
Falle eine Reflexion an den Alpen mit Sicherheit nachweisen.
2. B e o b a c h t u n g s o r t L a n d s b e r g a. L.
Landsberg a. Lech liegt ungefahr in der Richtung Munchen-Memmingen und ziemlich genau in der Mitte (Fig. 11).
Die dort gemachten Beobachtungen decken sich im wesentlichen mit denen von Memmingen. Die absolute Intensitat
der Echos war im Mittel ungefahr gleich der in Memmingen,
natiirlich immer schwacher als das direkte Signal. Die MeBergebnisse sind in nachstehender Tab. 2 zusammengestellt.
Die wirksamen Hijhen stimnien im Mittel mit den in
Memmingen gemessenen iiberein. Zeitweise war ein drittes
Echo zu beobachten, das einer wirksamen Schicht von rund
140 km entsprach.
1) Unter den vorliegenden Uinstanden hlitte ein so entstandenes
Echo eine um mindestens 29 km gr66ere wirksame Hiihe als die der
normalen Schicht liefern mussen.
G. Goubau
344
Datum
(1929)
__
7.-8.
~
Zeit
I
Bern.
1
Tabelle
Tabelle 2
Mittelwerte
Gemessene HShen
____
X1.'2345-1051 mittel I103 106
~
~.
.-
II
I
~
I
119) 116) 117)
144
144)
7. XII.
XII.1 0 ~~~~- -111 01 ~~
stark 199
99 97 97 102 96 98 101 102 102 96 96 97
97,
~
105
98
98
Die Intensitat der Echos anderte sich rascher, als dies
in Menimingen der Fall war. AuSerdem kam es haufig vor,
daB die Echos stark verbreitert waren, was auf das Vorhandensein mehrerer sehr benachbarter Wege schlieBen 1aSt
(vgl. Fig. 26a).
Eine direkte Reflexion an den Alpen konnte auch hier
nicht beobachtet werden. Errechnet man fiir Landsberg die
kleinste wirksame Reflexionshohe, die sich bei der Reflexion
an der Kennelly-Heaviside-Schicht und an den Alpen ergeben
wiirde, so erhalt man dafiir einen TTert von 128 km bei einer
100 km hohen Schicht. Der ,,Hiihenunterschied" gegeniiber
dem ersten Echo mii6te also mindestens 28 km betragen
gegeniiber 12-18 km, wie er fur das zweite Echo tatsiichlich
gemessen wurde. Es muB also auch hier das zweite Echo
eine andere Entstehungsursache gehabt haben. Das dritte
Echo wiirde sich wohl hinsichtlich der ,,HoheLLdurch eine
Alpenreflexion erklliren lassen. Da es aber immer nur gleichzeitig mit dem zweiten auftrat, so liegt es n%her, die Entstehungsursache i n Unebenheiten der Schicht zu suchen (vgl.
v, 11).
3. B e o bach tungs o r t Miin chen.
Die Empfangsanordnung fand in etwa 6 km Entfernung
vom Miinchener Sender Aufstellung. Es wurden hier die
ersten Messungen mit dem Herzogstandsender ausgefuhrt.
Merkwiirdigerweise waren bei dieser Versuchsreihe niit Ausnahme vom 29. Marz nur sehr schwache und an zwei Tagen
Echomessungen in der drahtzoosen Tebgraphk
345
uberhaupt keine Echos vorhanden. Ahnliches galt auch fur
den Munchener Sender, der nllerdings nur wenige Male in
Betrieb genommen wurde. Es mussen offensichtlich an diesen
Tagen, die alle in den Monat Februar fallen, die Bedingungen
f iir eine Reflexion an der Kennelly-Heaviside-Schicht sehr ungunstige gemesen sein.
I n der folgenden Tabelle sind die Versuchsergebnisse mit
Busnahme derjenigen vom 29. Marz, die gesondert besprochen
werden, zusamrnengestellt.
Tabelle 3
__
Datum
( 1 930)
~-
~
S
I
,
I
Zeit
1
Bem.
1
Gemessene Hiihen
I ~.
-
I
I
_______ _.-_____
_~
Mittelwerte
~-
4. 2.
5. 2.
7. 2.
8. 2.
0 2.
102 106
104
104 108 105
106
97
97 Io4
89 92 93 96 95
98 104 98 103 97 93 98 04 104 97
93 99 104 99
93
99
99
11. 2.
19. 2.
20. 2.
,I
I
M = Munchener Sender
H = Herzogstandsender
Am 29. Marz waren haufig 2, bisweilen auch 3 Echos
mit sehr verschiedener Laufzeit gleichzeitig zu sehen. Das
erste Echo war meist sehr gr.oB, das zweite
im allgemeinen klein oder mittel, und das
dritte trat nur schwach anf. Die aus
den Aufnahmen sich ergebenden Hohen
sind in Fig. 16 eingetragen. Man vermutet
sofort, daB es sich bei den Echos mit
langer Laufzeit uni zweimalige bzw. dreimalige Reflexionen an der Kennelly-Heaviside-Schicht handelt: die aus ihnen errechneten wirksamen Hohen sind innerhalb MeBgenauigkeit zwei- bzw. dreimal
so groB, als die aus den Echos mit
Fig. 12
kurzer Laufzeit bestimmten Hohen.
'
G. Goubau
346
Fig. 12 zeigt die Aufnahme mit den drei Echos. E s ist
hier zufkllig das Echo der zweimaligen Reflexion groBer als
das der einmaligen. Dieser Umstand spricht jedoch nicht
gegen die Auffassung der mehrmaligen Reflexionen (vgl. V, 1Oc).
4. B e o b a c h t u n g s o r t I n g o 1 8 t a d t
Die Versuchszeit betrug im allgemeinen 2-3 Stunden,
wie dies auch bei den folgenden Versuchen der Fall war, und
zwar zu ganz verschiedenen Zeiten der Nacht.
2. April 1930. Sender Munchen 0°0-046. Sender Kerzogstand 045-215 (Fig. 16).
Vom Miinchener Sender wurde nur ein Echo beobachtet,
dessen Intensitiit zeitweise fast diejenige des direkten Zeichens
I
Fig. 13
Fig. 14
1
Fig. 15
erreichte. Beim Betrieb des Herzogstandsenders traten verhiiltnisma6ig oft zwei Echos auf. Davon war das erste bisweilen dreimal so groB als das direkte Zeichen, wahrend das
zweite stets nur klein blieb. Fig. 13 zeigt bei starkem ersteni
Echo vom Herzogstandsender das Amplitudenlt erhaltnis zwischen
direktem Zeichen und Echo. Der Empfangsrahmen war dabei
in der Richtung zum Sender orientiert und die Verstarkung
zur Vermeidung einer obersteuerung des Empfangers geringer
gewahlt.
Die Verschieclenheit des Polarisationszustands der Echos
gegeniiber dem direkten Zeichen ist aus den Figg. 14 und 15
zu ersehen. Fig. 14 wurde bei etwa 90° gedrehtem Rahmen
anfgenommen, so daB das direkte Zeichen nur ganz geringe
Intensitat hatte, wahrend das erste Echo infolge gedrehter
Echomessungen i n der drahtlosen Telegraphie
347
Polarisationsebene sehr stark war. Bei Fig. 15 war der Rahmen
ebenfalls ungefahr um 90° gedreht, hier hatten aber alle drei
Zeichen verhaltnismaBig wenig voneinander verschiedene Amplituden.
Aus Fig. 16 folgt, daB die wirksame Beflexionshohe wahrend
der ganzen Versnchszeit, sowohl beim Miinchener als aucb beim
Herzogstandsender zwischen
93 und 101 km lag. Die
zweiten Echos lassen sich
alle als zweimalige Reflexionen an der Kennelly-Heaviside-Schicht erklaren, da
ihre halben
wirksamen
Hohen alle in das Gebiet
zwischen 93 und 101 km
fallen.
Bemerkenswert ist die
mit * bezeichnete Aufnahme. Bei dieser ergibt
das erste Echo eine wesentlich grogere Beflexionshohe
als bei den ubrigen; hin19301
gegen ist das zweite Echo
Fig. 16
wohl durch zweimalige Reflexion an der normalen
Schicht entstanden zu denken. Das abweichende Echo ist
allerdings sehr klein und unscharf, so daB man es wohl auf
Unebenheiten der Schicht zuriickfiihren kann (vgl. V 11).
3. April 1930. Sender Munchen 030-100. Sender Herzogstand 120- 20° (Fig. 16).
Vom Munchener Sender konnte gar kein Echo festgestellt
werden. Beim Herzogstandsender traten ein oder zwei kleine
Echos auf, aber immer nur fur kurze Zeit.
Die 4 Aufnahmen, die gemacht werden konnten, liefern
fur das erste Echo eine sehr selten beobachtete Schichthohe
von im Mittel 138 km (Fig. 16). Fur das zweite Echo ergibt
sich ein Betrag von 299 km. Tragt man die Halfte der fur
das zweite Echo gemessenenH6hen in die Fig. 16 ein, so sieht
man, daB sie merklicli hoher liegen als die aus den ersteren
348
G. Goubau
gemessenen Werte. Dieser Umstand ist um so bemerkenswerter, als die Intensitat des ersten Echos schon so klein
war, da8 man normalerweise nicht mit einer mehrmaligen
Reflexion rechnen konnte. Auf diese Frage sol1 aber erst in
Abschnitt V, 10 naher eingegangen werden.
4. April 1930. Sender Munchen 0°0-030. Sender Herzogstand 030-200 (Fig. 17).
Diese Nacht zeichnete sich durch eine besonders rege
Echotatigkeit aus. Das erste Echo erreichte beim Miinchener
Sender die Intensitat des
direkten Signals, beim
Herzogstandsender war es,
wie schon am 2. April
beobachtet wurde, bisweilen 2-3mal
so groB
als das direkte Zeichen.
AuBerdem waren meist
noch weitere Echos vorhanden, die jedoch in der
Regel an Intensitat wesentlich schwacher waren.
I n Fig. 17 sind die
wirksamen Hohen, die sich
aus den einzelnen Aufnahmen ergeben , eingeFig. 17
tragen, und zwar in der
Reihenfolge, in der die
Aufnahmen tatsachlich gemacht wurden.
Eine Gruppe von Werten (von einer gestrichelten Linie
umrahmt) liegt im Gebiet 89-98 km, eine zweite zwischen
184 und 193 km und eine dritte zwischen 274 und 289 km.
Die Halfte der Werte der zweiten Gruppe und der dritte
Teil derjenigen der dritten Gruppe fallen samtlich mit der
ersten zusammen. Es handelt sich also bei der zweiten
und dritten Gruppe wohl um zweimalige bzw. dreimalige
Reflexionen.
AuBerhalb dieser Gruppen liegen aber noch Werte zwischen
100 und 140 km und ein Wert zwischen 222 und 232 km. Der
letztere konnte eine zweimalige Reflexion darstellen und wurde
Echomessungen in der drahtlosen Tebgrapkie
349
auch als eine solche eingetragen. Er wiirde dann in das Gebiet
der Werte zwischen 100 und 140 km fallen (vgl. Abschnitt V, 10).
Fig. 18 zeigt eine Aufnahme vom Munchner Sender mit
einer zweimaligen und einer dreimaligen Reflexion. Fig. 19 eine
ahnliche vom Herzogstandsender, nur ist hier das Echo E3 der
dreimaligen Reflexion sehr klein und stark verbreitert, so da8
nur eine kleine Ausbuchtung zu erkennen ist. I n Fig. 20 ist
ein Doppelecho vom Herzogstandsender zu sehen.
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20
5. April 1930. Sender Munchen O3O-lU*.
Sender Herzogstand 1°0-200 (Fig. 17).
Die Echos waren beim Munchener und beim Herzogstandsender ineist schwach. F u r beide Sender lag anfangs die wirksame Hohe der Kennelly-Heaviside-Schicht zwischen 95 und
100 km. Gegen SchluB des Versuchs scheint die Schicht urn
einige Kilometer angestiegen zu sein. AuBerdem ergab sich bei
einer Aufnnhme zusammen mit der normalen Hohe eine solche
von etwa 133 km.
17. April 1930. Sender Herzogstand 4Oo-6O0 [Sonnenaufgang 518
(Fig. 21).
Zu Beginn des Versuches war wahrend weniger Minuten
ein kleines Echo mit verhiiltnismaBig groBer Laufzeit allein
I)'
1) Die Angabe bezieht sich immer auf den Sonnenauf- bzw. -untergang am Erdboden. In 100 km Hahe findet er urn fast 1 Std. friiher
bzw. spgter
atatt.
G. Goubau
350
sichtbar. Bald kam aber za diesem noch ein zweites, das der
normalen Schicht entsprach, die sich aus den ersten beiden
Aufnahmen zu 90-95 km, aus den iibrigen zu 100--110 km
(in Fig. 17 von zwei gestrichelten Linien eingeschlossen) ergab.
Eine Aufnahme enthalt
ein Doppelecho, aus dem
sich beide Hohen gleichzeitig errechnen.
Bis 5 Uhr blieb das
Echo aus der normalen
Schicht fast standig sichtbar, im Gegensatz zu den
spateren, das nur selten
I
I
erschien. Kurz nach 5 Uhr
trat im allgemeinen gleichzeitig mit dem Echo aus
der 100-110 km-Schicht
noch ein weiteres auf, das
Hiihen von 115-140 km
entsprach und rasch Amplitude und Lage anderte.
E s wurde dabei zeitweise
ebenso gro6 wie das didauerte aber nur etwa
'I, Std., dann trat wieder nur mehr das Echo aus der 100
bis 110 km-Schicht allein auf, ziemlich konstant, aber klein,
und zeitweise verschwand es ganz. Ab 3/46Uhr war kein
Echo mehr zu sehen.
I n Fig. 21 wurde bei den Echos, die einer wirksamen
Hohe Ton 255-290 km entsprechen', auch noch die Halfte
und der dritte Teil der gemessenen Hohen aufgenommen.
Die Frage, ob es sich hier urn eine zweimalige oder dreimalige
Reflexion handelte, sol1 aber erst im Abschnitt V 10 besprochen
werden.
18. April 1930. Sender Herzogstancl 330 bis gegen 60°
(Sonnenaufgang 516) (Fig. 22).
Die Intensitat der Echos war anfangs starken und raschen
hderungen unterworfen. Gegen 5 Uhr wurden die Echos
seltener und konstanter, blieben jedoch nur mehr klein. Die
1
I
I
I
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
351
MeBergebnisse sind in Fig. 22 mit den ungefahren Beobachtungszeiten eingetragen. Die wirksame Reflexionsschicht lag
anfangs zwischen 93 und 95 km. Nit dem Seltenerwerden der
Echos traten starke h d e r u n g e n in ihrer Hohe auf. AuBer
den Reflexionen an einer scheinbar um rund 12 km hoher
liegenden Schicht wurde um 340 noch ein Echo aufgenommen,
das wieder innerhalb MeBgenauigkeit einer zweimaligen Reflexion entsprach.
..
Pig. 22
Fig. 23
18. April 1930. Sender Herzogstand I 5°0-1945 (Sonnenuntergang 1912)(Fig. 23).
Dieser Tag (Karfreitag), an dem Munchen Senderuhe hatte,
bot die einzige MBglichkeit im ganzen Jahre, die Versuche
beim nbergang vom Tag zur Nacht durchzufuhren.
Da aus technischen Griinden der Sender nicht langer als
3-4 Stunden fortlaufend in Betrieb sein konnte, wurden anfangs nur in gewissen Zeitabstanden Beobachtungen angestellt.
Von 16°0-1520 war kein Echo vorhanden, ebenso von
1545-1600 und von 1646-1704 Ab l P Olief der Sender ununterbrochen bis SchluB des Versuchs. Urn 1736 war das erste
Echo sichtbar. Es war klein, aber sehr konstant, so daB oft
mehrere Minuten lang keine merkbare Xnderung in seiner Intensitat auftrat. Dieser Zustand dauerte etwa bis 1845. Von da
ab traten mehrere Echos auf, hauptsachlich Doppelechos und
zeitweise auch drei sehr benachbarte, wobei gleichzeitig die
bderungsgeschwindigkeit wesentlich groBer wurde. Die Intensitat des ersten Echos emeichte 100 Proz. des direkten Zeichens
und mehr.
352
G. Goubau
Alle Aufnahmen mit einer Ausnahme urn 1gZ6enthalten
ein Echo, das einer wirksamen Schicht zwischen 90 und
96 km angehort. E s ist bemerkenswert, daB diese Hiihe
dauernd bis zum SchluB konstant blieb und daB sie ungefahr die gleiche war, die am Morgen desselben Tages beim
Aufhoren der Echotatigkeit gemessen wurde. AuBer einer schon
haufig beabachteten, scheinbar um 12-14 km hoher liegenden
Schicht trat gegen 19 Uhr noch eine weitere auf mit 148-151 km.
F u r kurze Zeit waren auch Echos, die wohl von zweimaliger
Reflexion herriihrten, angedeutet.
Die Versuche muBten kurz nach 1gSoabgebrochen wertlen,
da beim Sender die Akkumulatorenspannungen abfielen. Nach
1 Std. wurde der Sender nochmals fur kurzere Zeit in Betrieb
gesetzt, aber die vielen auswlrtigen Sender, die infolge der
breiten Resonanzkurve des
Empfangers von diesem
gleichzeitig aufgenommen
wurden, machten weitere
Messungen iinmoglich.
22. Mai 1930. Sender
Herzogstand Oy" bis 3""
(Fig. 24).
DieEchos traten ziemlich selten und dann nnr
mit kleiner Intensitiit auf.
Ab 2s0war noch ein Echo
mit groBerer Laufzeit zu
22 Mai 79.30
sehen, das zeitweise ebenFig. 24
so stark wie das erste
wurde.
Die wirksame
Schichthohe, die dem zweiten Echo entsprach, war etwas
gro6er als das Doppelte der Hohe der unteren Schicht (HShe
der unteren Schicht 121-138 km, der oberen 275-284 km).
Die Intensitat des ersten Echos wahrend der ganzen Versuchszeit war gering pgl. Abschnitt V 10).
23. Mai 1930. Sender Munchen Ooo-Os5. Sender Herzogstand 036-200 (Fig. 27).
Die Echos von beiden Sendern waren schwach und rasch
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphic
353
veranderlich. Bemerkenswert war das haufige Auftreten von
zwei sehr benachbarten Echos, die im allgemeinen verschiedene
Polarisationsrichtung hatten. Man erkannte sie an dem Auftreten zweier eng beisammeuliegender Spiteen, die zeitweise
in ein einziges, aber stark verbreitertes Zeichen iibergingen.
In Fjgg. 25a, b, und c sind drei aufeinanderfolgende Aufnahmen abgebildet, die mit jeweils einer Minute Zwischenraum
aufgenommen wurden (Ole, Ole, (Izo).Figg. 25a und c enthalten
das Echo mit kiirzerer Laufzeit, wahrend Fig. 25b das mit
A
Fig. 26
Fig. 26
zwei unmittelbar hintereinander gemachten Aufnahmen in den Figg. 26a und b
km
I j
! *;,,;
,
f0U-h
80
..I
SM
!
I
,$'I
I
~
SH
I '(It
354
G. Goubau
betrug etwa 8-10 km. Sie Iaflt sich am sichersten aus aufeinanderfolgenden Aufnahmen bestirnmen, wie sie beispielsweise Fig. 25 zeigt.
24. Mai 1930. Sender Munchen Oo0-OS0. Sender Herzogstand 050-140 (Fig. 28).
Die Intensitat der Echos war, wie an den beiden vorhergehenden Tagen, durchweg klein. I n der Zeit von 030-100
lag eine Storung am Empfanger vor. Wie aus Fig.
- 28 hervorgeht, wurde mit dem
Munchenor Sender und
dem Herzogstandsender
die gleiche Hohe gemessen, die im Mittel 108 km
betrug.
Fig. 25
27. Mai 1930. Sender
Herzogstand 230 bis 5O'
(Sonnenaufgang 4 9 (Figur 29).
Ab und zu war fur
kurze Zeit ein kleines
Echo zu beobachten. Die
Fig. 29
wenigen Aufnahmen, die
gemacht werden ltonnten,
lassen vermuten, daS sich
die Schicht anfangs zwischen 105 und 110 km
befand, um 4 Uhr ein
Fig. 30
Maximum erreichte, das
zwischen 125 und 135 km
lag und dann gegen SchluB des Versuches auf 95-100 km
abfiel.
28. Mai 1930. Sender Herzogstand 230-500 (Sonnenaufgang 4 9 (Fig. 30).
Von 230-3O0 sank die Schicht von 94 auf 90 km.
Dabei waren die Echos h a d g stark und langsam veranderlich.
Dann stieg sie wieder an und erreichte urn 345 ein Maximum
von etwa 103 km. Gleichzeitig wurden die Echos kleiner,
rasch veranderlich und es traten mehrmals Doppelechos auf.
Von 345 fie1 die Schicht bis zum Schlut3 des Versuches wieder
Echomessungen in der drah.tZosen Tebgraphie
355
auf den anfanglichen Wert ab. Die Echos blieben schwach,
traten nur mehr selten auf, waren aber dann wahrend langerer
Zeit konstant.
5. Be o b acli t un g s o rt I< o c h e 1
Die Empfangsanordnung war im Verstarkeramt Kochel
aufgestellt. Die Versuche wurden wieder hauptsachlich mit dem
nur 5 km entfernten Herzogstandsendcr ausgefiihrt, bei dem
fur diese Messungen noch behelfsmaflig eine umgekehrte LAntenne errichtet wurde (vgl. II1,l). Es wurde angenommen, daB
diese eine gr6Bere Luftstrahlung liefern wurde als die Vertikalantenne mit dem ziemlich radialsymmetrischen Gegengewicht.
Diese Vermutung erwies sich jedoch nicht als richtig: bei Benutzung der Vertikalantenne waren die Echos mindestens ebenso
stark wie bei der L-Antenne, und mar haufig so stark, da%die
Empfangsapparatur ubersteuert wurde. Das la& sich wohl nur
dadurch erklaren, daB die Vertikalantenne auf das vom ,,Herzogstand" zum ,,Stein" gespannte Antennenkabel (vg1.111, 1) induzierte und dieses die erhaltene Energie teilweise riach oben
ausstrahlte.
Die L-Antenne lieferte infolge ihres geringen Erdabstandes
nur eine relativ schwache Bodenstrahlung.
24. Juni 1930. Sender Herzogstand 0°0-130 (Fig. 31).
Die Versuche wurden mit der L-Antenne des Senders ausgefiihrt. Es trat nur ganz
selten ein kleines Echo
auf. Die Schichthshe ergab sich zu 110-117 km foffopo
und war wahrend der VerZK Juni 1930
suchszeit konstant. SamtFig. 31
liche Aufnahmen liefern
innerhalb der Genauigkeitsgrenze gleiche Hiihen.
26. Juni 1930. Sender Herzogstand 0°0-130 (Fig. 32).
Die Intensitat der Echos wechselte dauernd von sehr
kleinen Werten bis zu sehr grogen, bisweilen innerhalb 1 Sek.
Beim Sender kamen abwechselnd L- und Vertikalantenne in
Anwendung, was auch bei allen spateren Versnchen der Fall
war. Bei der Vertikalantenne ergab sich bei Drehung der
R,abmenebene in die Richtung zum Sender eine neue bis dahin
23 *
1 -E
356
G . Goubau
noch nicht beobachtete Erscheinung, die aber auch bei nllen
spateren Versuchen in K o c h e l und S c h l e h d o r f auftrat: Es
waren oft ganze Strecken des Kreises deformiert und zwar
insofern, als eine Anzahl von mehr oder minder ausgepragten
kleinen Spitzen nahe beisammen stand (Riffelung), die auBerordentlich rasch Intensitat und Lage Bnderten und ineinander
iibergingen, so da6 sich auch die Zahl der Spitzen anderte (Fig. 37).
Bisweilen traten auch Ablenkungen nach der entgegengesetzten
Richtung auf. Diese letztere Erscheinung sowie die Tatsache, daB
diese Deformationen der Hilfsablenkungsfigur nur bei der Vertikalantenne beobachtet wurden, fanden folgende Erklarung: Der
Sender strahlt in den Pausen zwischen den einzelnen Impulseu
noch eine sehr kleine kontinuierliche Hochfrequenzamplitude
aus, die sich wahrscheinlich vom Steuersender auf die Antenne
durch Kopplung iibertragt. Dieser kontinuierliche Wellenzug,
desseu Amplitude im Verhaltnis zu derjenigen der Impulse
aufierordentlich klein ist, Kird wegen der geringen Entfernung
zwischen Sender und Empfanger, der starken Bodenstrahlung
der Vertikalantenne urid der hohen Empfindlichkeit des Empfangers noch von diesem aufgenommen. Da ein unmodulierter
Wellenzug nach der Gleichrichtung einen Gleichstrom liefert,
so ist natiirlich am Schirm der B r a u n s c h e n Rohre nichts
daron zu erkennen. Wenn nun ganz schwache Echos auftreten, so iiberlagern sich diese dem kontinuierlichen Wellenzug
des Senders. Im Falle der Phasengleichheit addieren sich die
Amplituden und es werden wegen der quadratischen Gleichrichtung bei kleinen Amplituden Echos sichtbar, die ohne
kontinuierliche Strahlungskomponente nicht nachweisbar waren.
Besteht hingegen Phasenopposition, so kann fur eine gewisse
Zeit der kontinuierliche Wellenzug kompensiert und der
Kathodenstrahl von der Kreisbahn nach der entgegengesetzten
Seite abgelenkt werden (7).
Da nach dieser nberlegung die einzelnen Spitzen nicht
mit der Lage der Echos iibereinzustimmen brauchen, so kann
.man in diesem Fall die Laufzeit der schwachen Echos nicht
mit Sicherheit aus der Lage der Spitzen entnehmen. Solche
Aufnahmen eignen sich also nicht zur Bestimmung der wirksamen Schichthohe.
Samtliche Aufnahmen (mit einer Ausnahme um 0") ent-
.
Echomessungen
in
der
drahtloselz Telegraphic
357
halten ein Echo, das innerhalb MeBgenauigkeit einer reflektierenden Schicht in der Hohe von 111-112 km entspricht
(Fig. 32). Gleichzeitig wurden auch noch kleinere und groBere
wirksame Hohen gemessen, die zwischen 95 und 142 km lagen.
VerhaltnismaBig oft traten einfache und mehrfache Echos I)
Fig. 32
Fig. 33
zwischen 200 u. 200 km auf, welche, wie aus Fig. 32 hervorgeht,
'clurch zweimalige Reflexion entstanden zu denken sind.
27. Juni 1930 (Fig. 33). Sender Herzogstand 0°0-300.
Die In tensitat der Echos war zeitweise aufierordentlich
groB. Zur Zeit der starken Echos trat haufig noch ein entferntes Echo auf, das wieder innerhalb der MeBgenauigkeit einer
zweimaligen Reflexion entsprach. Die wirksame Reflexionshohe
sank in der Zeit von 0°0-230 kontinuierlich von 117 km auf
100 km. Den kontinuierlichen Abfall der Schichthohe kann
man nuch deutlich an den Echos der zweimaligen Reflexion
erkennen. Verdoppelt man in Fig. 33 die Ordinaten der ausgezeichneten Hohenkurve, die sich aus den unteren Werten
ergibt, so sieht man, dn6 die so erhaltene gestrichelte Kurve
gut den Verlauf der oberen MeBreihe wiedergibt.
Nach g30 traten sprunghaft grogere Hohen auf.
1) Es macht sich hier gleichfalls die UnregelmiiSigkeit der Schicht
bemerkbar.
358
G. Goubau
28. Juni 1930. Sender Herzogstand. (Sonnenaufgang 404)
(Fig. 34).
Bis 23O waren die Echos ziemlich langsam veranderlich.
Dann anderten sie sich rascher und erreichten bisweilen so
hohe hderungsgeschwindigkeit, daB ihre Intensitat innerhalb
1-2 Sek. von Null his zur Aussteuerung des Empfangers
anwuchs, um wieder ebenso
rasch abzufallen. Gegen
315 wurden die Echos konstanter, so daS sich ihre
GroBe mehrere Minuten lang
ltaum anderte. Dieser Zustand dauerte aber nur
28 Juni 1330
etwa 'la
Std. Dann erreichFig. 34
ten sie wieder die anfangliche hohe Anderungsgeschwindigkeit (gegen 4 Uhr), wobei sie zeitweise stark deformiert auftraten (iihnlich wie in Pig. 43). Kurz nach 430
traten bis SchluB des Versuches keine Echos mehr auf.
Bemerkenswert ist, daB zur Zeit der raschen Intensitiitsandeiwngen auch die wirksame Reflexionshahe sich oft sprunghaft anderte und fast ausschlieBlich Mehrfachechos auftraten.
R i e aus der Darstellung Fig. 34 ersichtlich ist, liegen die
einzelnen MeBpunkte so, daB es unmijglich ist, eine Schichthohe
anzugeben. Die ersten Aufnahmen (bis z 3 O ) entsprechen einer
Schicht zwischen 125 und 133 km. Ab aa0 trat Aufspaltung
ein und es ist bemerkenswert, daB bei den Aufnahmen von
240-310, bei denen zwei Echos vorhanden waren, sich eine
wittlere Schichthohe ergibt, die wenig um den Wert von 130 krn
schwankt. Bei den ubrigen Aufnahmen, die in demselben
Zeitraum gemacht wurden und mehr als zwei Echos zeigen,
lassen sich immer zwei solche finden, die ein ahnliches Mittel
ergeben. Spater (nach 31°) ist in dieser Hinsicht keine RegelmaBigkeit mehr zu erkennen.
30. Juni 1930. Sender Munchen Ooo-O35. Sender Herzogstand 035-330(Fig. 35).
Die Echos vom Munchener Sender waren im allgemeinen
sehr schwach und rasch veranderlich. Fur den Herzogstand-
Echomessungen in der drahllosen Telegraphie
359
sender galt anfangs dasselbe, doch wurden spater die Echos
zeitweise starker.
Die einzelnen MeBpunkte (Fig. 35) streuen wahrend der
ganzen Versuchszeit ahnlich wie in der vorhergehenden Versuchsnacht,
Die Aufnahme urn
2 3 0 enthalt zwei Echos,
von denen das eine, eine
wirksame Schicht von
etwa 100 km und das
andere eine solche von
etwa 240 km ergibt. Die
Hiihen stehen also hier
in einem Verhaltnis von
1 :2,4 zueinander. Da
aber die tidere Schicht
Fig. 35
wahrend der Versuchszeit Werte bis zu 900
130 km erreichte, so ist km
es nicht ausgeschlossen,
daB es sich auch hier um
eine zweimalige Reflexion
handelte (vgl. V, 11).
800
6. Be o b ac h t ungs o r t
Schlehdorf
ni 1
Die Empfangsanordnung wurde in 3 km Entfernung vom Sender aufIr
'
,,,
qaa
gestellt.
s.x
sh!
3. Juli 19.30. Sender 8Doo0
IW
2 O0
3O0
3.w1930,
Miinchen von Ooo bis
035. Sender HerzogFig. 36
stand 03j--3"0 (Fig. 36).
Die Echos traten beim Munchener Sender selten und nur
mit kleiner Amplitude auf. Beim Herzogstandsender waren sie
anfangs ebenfalls klein, doch erreichten sie gegen SchluB des
Versuches grogere Intensitat.
~
1 ,I I
' I )
360
G. Goubau
Man kann sowohl fur den Miinchener Sender (bis OS5) als
auch fiir den Herzogstandsender von W5-Po eine mittlere
wirksame Schichthohe von 117-1 18 km festlegen, urn welche
die einzelnen T e r t e nur innerhalb MeBgenauigkeit streuen. Ab 230 sinkt diese
Hohe ohne f5bergang auf einen mittleren
Wert von etwa 105 km.
Die Aufnahme um logzeigt ein zweites
Echo, das einer wirksamen Hohe von rund
260 km entspricht, das ist das 2,2 fache der
Hohe des ersten Echos. Es lag hier wieder
einer der seltenen Falle vor, bei denen
ein Echo aus einer um etwas mehr als
Fig. 37
doppelt so hohen Schicht als die normale
zu kommen schien, wobei die gleichzeitigen
Echos aus der normalen Schicht schwach waren (vgl. Abschnitt V, 10).
Eine bemerkenswerte Aufnahme aus dieser Nacht, die besonders schon die Riffelung zeigt, wie sie beim Senden mit
der Vertikalantenne haufig
zu sehen war, ist diejenige
von Fig. 37.
4. Juli 1930. Sender
Herzogstand Ooo bis 30°
(Fig. 38).
Die Intensitat der Echos war durchweg gering.
Die MeBwerte (Fig. 38) liegen zwischen 116 und 130 km.
7. B e o b a c h t u n g s o r t K o c h e l
9. Juli 1930. Sender Herzogstand 2°0-620.
gang 49, (Fig. 39).
(Sonnenauf-
Infolge ungewohnlich starker Luftstorungen (Rauschen und
Brodeln) war es anfangs lange Zeit unmoglich, Aufnahmen zu
machen. Die erste brauchbare -4ufnahme gelang erst um 32O.
Die Echos erreichten wiihrend der ganzen Versuchszeit
sehr groBe Intensitat. Zur Zeit der auBerst starken Storungen
anderten sie sich sehr rasch und man konnte an dein Bild
der Braunschen Rohre haufig Doppelechos erkennen. Ab 330
Echoinessungen in der drahtlosen Tekgraphie
36 1
bis zum SchluB des Versuches waren die Echos im allgemeinen
langsam veranderlich.
Die ersten MeBwerte streuen stark um die eingezeichnete Kurve (Fig. 39). Die spiiteren Werte bestimrnen
- mit einer Ausnahme urn 409- eine wirksame Schichthohe,
die von etwa 102 auf etwa 93 km allmahlich abfallt. Bemerkenswert ist, daB die Echotitigkeit sich noch weit uber den
Sonnenaufgang hinaus erstreckte. Die Versuche
muBten aus technischen
Griinden um gaoabgebrochen werden, so daB das
Ende der Echotatigkeit
nicht abgewartet werden
konnte. Die Echos waren
bis zum SchluB noch zeitweise sehr stark.
Um 350 wurde eine
Aufnahnie erhalten, die
ein Echo mit langer Lnufzeit enthalt, das innerhalb MeSgenauigkeit einer
:
zweimaligen Reflexion
Reflexion ententzweirnaligen
spricht.
dun
10. Juli1930. Sender
Herzogstand 40° bis sa5
Fig. 40
und 730 bis SO0. (Sonnenaufgang 4 9 , (Fig. 41).
Die Echos traten an diesem Tage ziemlich selten auf und
waren dabei durchweg sehr schaaeh. Ah ti Uhr konnten im
Gegensatz zum vorhergehenden Tag keine mehr wahrgenommen
werden.
Die einzelnen MeSwerte (Fig. 40) liegen wenig gleichmaBig.
Sie liefern wirksltme Hohen zwischen 90 und 110 km.
11. Juli 19c?0. Sender Herzogstand von 2n0-500. (Sonnenaufgang 49,(Fig. 42).
We Intensitiit der Echos wechselte bis kurz vor SchluB
des Versuches dauernd zwischen sehr kleinen und groBen Werten.
Ab 430Uhr wurden die Echos seltener und schwach.
t
'11
l"
IYJU.
G. Goubau
362
Bemerkenswert ist das haufige Auftreten von mehreren
sehr benachbarten Echos, auch bei senkrecht zur geometrischen
Peilung gedrehtem Rahmen. Die Ausmessung solcher Aufnahmen (z. B. Fig. 41) ergibt dabei die schon am 26. Juni
gefundene Erscheinung da6 sich die Maxima innerhlb sehr
kurzer Zeit merklich verschiebcn.
Bei der Auswertung wurden cleshalb nur die groBeren Spitzen beriicksichtigt.
,
-c
100
80
Fig. 41
Fig. 33
Fig. 42
Fig. 44
R i e aus Fig. 42 ersichtlich ist, enthalt jede Aufnahme
ein Echo, clas einer Scliichthohe zwischen 97 und 109 kni entspricht. Nur urn 220 fehlte die Reflexion an dieser Schicht.
Zwei bemerkenswerte Sufnahmen, die bei diesem Versuche
erhalten wurden, sind in Figg. 43 und 44 wiedergegeben.
Fig. 43 zeigt ein Echo E,, das einer abgebrochenen Spitze gleicht,
Fig. 44 ein Doppelecho mit zwei gleicligrofien Spitzen.
Echomessungen in der drahtlosen Telegraphie
363
11.--12. Juli 1930. Sender Miinchen 2345-03"0. Herzogstand 030-145 (Fig. 45).
Die Intensitat der Echos wechselte bei beiden Sendern
zwischen kleinen und 300
mittleren Werten.
Die in Fig. 45 eingetragene Gera.de gibt
den Abfall der Schicht
im Verlaufe der zwei Versuchsstunden ziemlich gut
wieder. Die Echos mit
kleinster Laufzeit liefern
Hohen, die hochstens um
6 km streuen.
Remerkenswert
ist
wieder das Auftreten der
wirksamen Hohen urn
150 und 270 km.
roo
Fig. 45
V. Allgemeine Ergebnisse
Zur Erganzung dieses Abschnittes sei auf die schon erwahnte Arbeit (1) im Jahrb. d. drahtl. Tel. hingewiesen. I n
dieser Arbeit ist besonderer Wert gelegt auf die Dantellung
der allgemeinen Ergebnisse, wahrend der Hauptzweck der vorliegenden die Zusammenstellnng der einzelnen Versuchsergebnisse ist.
1. Das Auftreten der Echos beschrankte sich in der Regel
auf die Zeit zwischen einer Stunde vor Sonnenuntergang bis
einer Stunde nach Sonnenaufgang. Es wurde auch haufig am
vollen Tag beobachtet, aber nur in einem einzigen Falle und
war auch am Tage wahrend weniger
zwar am 27. Juni (1430)
Minuten ein schwaches Echo zu beobachten, das einer reflektierenden Schicht von ungefahr 110-130 km Hohe entsprach.
Beobachtungen um Sonnenuntergang konnten allerdings nur
sehr wenige gemacht werden. Am 18. April 1930 (Fig. 23), dem
einzigen Tag, an dem eine ausfiihrlichere MeBreihe durchgefuhrt werden konnte, wurde das erste Echo Ill, Std. Tor
364
G. Goubau
Sonnenuntergang beobachtet. Bei einem Versuch, der sich
uber den Sonnenaufgang erstreckte (9. Juli, Fig. 39), traten sie
sogar noch 2 Std. nach Sonnenaufgang mit ziemlich grober
Intensifat auf.
2. Die Intensitat der Echos war in den einzelnen Beobachtungsnachten und auch zu den verschiedenen Zeiten derselben Nacht sehr verschieden. Manchmal trat wahrend
langerer Zeit uberhaupt kein, oder nur ein schwaches Echo
auf, wahrend es anderseits z. B. beim Empfang des Herzogstandsenders in Ingolstadt (126 km) vorkam, daS ein Echo
haufig gro6ere, sogar dreimal so groBe Ausschlage an der
Braunschen Rohre liefern konnte, als das direkte Zeichen
(vgl. Fig. 13). Der letztere Fall trat naturlich nicht auf in
Kochel oder Schlehdorf fiir den nur 5 km bzw. 3 km entfernten Herzogstandsender.
Immerhin konnten in Kochel oft Echos vom Herzogstandsender beobachtet werden, deren Intensitat den starksten
in Ingolstadt beobachteten ungefahr gleichkam. Es wiirde
aber unzulassig sein, hieraus irgendwelclie Schliisse auf dns
Beflexionsvermogen der Kennelly-Heaviside-Schicht in Abhangiglreit vom Einfallswinkel zu ziehen, da nicht die geringsten
Bnhaltspunkte dariiber vorliegen, wie grob die Strahlung der
Sendeantennen unter den verschiedenen Winkeln war.
Eine prinzipielle Schwierigkeit bei der Frage nach der
Intensitat der Echos ist aber ihr wechselnder Polarisationszustand. Es ist standig erforderlich, den Empfangsrahmen
zu drehen, da ein starkes, aber abnormal polarisiertes Echo
bei normaler Rahmenstellung klein oder uberhaupt nicht erscheinen kann.
3. Die Zeit, wahrend der eine erhebliche h d e r u n g in
der Starke der Echos eintrat, schwankte (sogar wahrend einer
Nacht) zwischen 1 Sek. und mehreren Minuten.
4. Der Polar~sut~n.szustandder Echos war dauerndem
Wechsel unterworfen. Dies galt nicht nur in Nachten, in
denen die Kennelly-Heaviside-Schicht sehr unregelmaBig war,
sondern auch d a m , wenn sich die Hohe wahrend langerer Zeit
nur unmerklich anderte. Bei Doppelechos kam es hgufig vor,
dab die beiden Echos verschiedene Polarisationsrichtung hatten
(vgl. 23. Mai).
Echornessungen in der drahflosen Telegraphie
365
5. Eine Abhangigkeit der wirksamen Hiihe von der Entfernung zwischen Sender und Empfanger lieB sich nicht feststellen. Es lieferten also beispielsweise bei den Empfangsmessungen in Ingolstadt der Miinchener Sender wie auch der
Herzogstandsender (Entfernung 74 bzw. 126 km, Einfallswinkel a
[vgl. Fig. 91 20° bzw. 32,5O)I) innerhalb der MeBgenauigkeit
gleiche Hohen. Dasselbe traf auch zu, wenn i n Kochel empfangen wurde und die Entfernung vom Herzogstandsender nur
5 km (Einfallswinkel 1,5O) und vom Munchner Sender 51 km
(Einfallswinkel 14O) war.
6. Der Verlauf der Schichthohe bei Sonnenuntergang konnte
nur, wie schon erwahnt, am 18. April 1930 beobachtet werden.
Dabei stellte sich heraus, da6 die Hohe der Schicht wahrend
des ganzen Versuches konstant blieb und Anderungen nur
hinsichtlich der Intensitat auftraten.
7. Kurz nach Sonnenaufgang auf der Erde aurden die
Echos zwar schwacher, es zeigte sich jedoch in der Hohe der
Schicht keine starke h l e r u n g . I n manchen Fallen ging dem
Sonnenaufgang eine kleine Senkung der Kennelly-HeavisideSchicht voraus (z. B. 9. Juli). Bisweilen traten auch starke
UnregelmaBigkeiten auf, die sich in dem Erscheinen von
Mehrfachechos augerten (vgl. z. B. 17. April). Da aber solche
langsame h l e r u n g e n der wirksamen Hohe sowie starke Unregelmaeigkeiten auch mitten in der Nacht vorkamen (z. B.
27. bzw. 30. Juni) und bei Sonnenaufgang fehlen konnten (z. B.
11. Juli) und da anderseits die Zahl der Versuche iiber den
Sonnenaufgang hinweg nicht sehr gro6 war, so muB dahingestellt bleiben, ob diese Anderungen bzw. UnregelmaBigkeiten
die Regel sind.
8. Anderung mit der Jahresxeit. Legt man die Zeit
zwischen OoO und 20° zugrunde, so erhalt man fiir die Mittelwerte
der in der betreffenden Nacht gemessenen wirksamen Hohen der
Kenelly-Heaviside-Schicht folgende Tabelle (vgl. nachste Seite).
Um jede Willkur auszuschalten, wurden zur Mittelwertbildung sgmtliche gemessenen Hohen herangezogen, mit Ausnahme der in das Gebiet von 200 bzw. 300 km fallenden
Echos, die als mehrmalige Reflexionen angesehen wurden.
1) Unter Zugrundelegung einer 100 km hohen Kennelly-HeavisideSchicht.
G . Goubau
366
.
.
-
-.
.~
-
Datum
1929
HGhe
km
28. IX.
5. x.
8. X.
97
98
104
109
91
105
98
I09
96
-~
- -~
-____-
9. x.
11. Y.
8. XI.
9. XI.
ti. SIT.
7. XII.
__
-~ .
Datum
1930
-
~
______
7. 11.
9. 11.
11.11.
19. 11.
20. 11.
29. 11.
2. IV.
3. IV.
4. IV.
5. IV.
-
.-
__
HGhe
km
--
__
_
104
104
94
99
99
103
97
135
9s
100
23. V.
24. V.
24. VI.
26. VI.
27. VI.
30. VI.
3. VII.
4. VII.
12. VII.
114
117
121
121
117
120
114
Nach den Zahlen der Tabelle scheint die mittlere wirksame Hohe der Kennelly-Heaviside-Schicht mit fortschreitender
Jahreszeit um wenige Kilometer gestiegen zu sein. Die h d e r u n g
ist aber immerhin klein gegenuber den Sprungen, die zeitweise
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nachten auftreten.
9. Hirzsichtlich der Regolma/3igkeit der Schicht 12Bt sich
kein sicherer EinfluB der Jahreszeit feststellen. Wenn auch
die ganz unregelmaBigen Schichten nur im Sommer festgestellt
wurden, so ist doch zu bemerken, dafi sie nur bei dem
selir nahen Herzogstandsender beobachtet wurden. Es ist nicht
ausgeschlossen, da6 in dieser Hinsicht eine Abhangigkeit vom
Einfallswinkel der Wellen auf die Heavisideschicht vorliegt
urid nicht eine Abhkngigkeit von der Jahreszeit.
10. AuBer der wirksamen Hohe zwischen 90 und 140 km
wurde haufig eine solche in der Gegend von 200 km, bisweilen
auch eine solclie in der Gegend von 300 km beobachtet. Diese
letzteren Hohen wurden, von wenigen Ausnahinen abgesehen,
als mehrmalige Reflexionen an der normalen Kennelly-Heaviside-Schicht in der Hohe von etwa 100 km gedeutet.
a) Der Grund dafiir war in erster Linie der, daB die wirksamen R8hen, die sich unter dieser Snnahme ergaben, innerlialb der Grenzen der MeBgenauigkeit oder der in der betreffenden Nacht auftretenden Schwankungen der normalen
Schicht mit denjenigen Hohen zusammenfielen, die sich aus
den gleichzeitigen Echos mit kurzer Laufzeit (einmalige Reflexion) errechneten (vgl. z. B. 4.April, Fig. 1'7). Das galt streng
und ausnahmslos in all den Fiillen, in denen die Echos mit
kurzer Laufzeit stark waren.
Echomessungen in der drahtlosen Telegrapliie
367
b) Die Echos der hohen Schichten traten immer gleichzeitiy mit einem Echo aus der normalen Schicht auf; nur in
einem einzigen Fall (17. April, Fig. 21) traf dies fur kurze Zeit
nicht zu.
c) Die mittlere Intensitat der Echos aus der 200 bzw.
300 km-Schicht war stets kleiner als die der Echos aus der
normalen Schicht, auch in den Fallen, in denen nicht ohne
weiteres auf mehrmalige Reflexion geschlossen wurde (siehe d).
Naturlich konnte es vorkommen, daB vorubergehend ein Echo
aus der 200 km-Schicht starker war als das gleichzeitige aus
der 100 km-Schicht (z. B. Fig. 12). Das ist aber verstandlich,
wenn man bedenkt, daB bei mehrmaliger Reflexion ganz andere
Stellen der Schicht beriihrt werden als bei einmaliger.
d) Waren die Echos der normalen Schicht schwach und
kamen trotzdem ausnahmsweise solche mit langer Laufzeit vor,
so waren die unter der Annahme einer mehrmaligen Reflexion
berechneten wirksamen Hohen etwas groBer als diejenigen, die
sich aus den gleichzeitig vorhandenen Echos mit kurzer Laufzeit ergaben. Die samtlichen Beispiele dieser Art sind in
folgender Tabelle zusammengestellt.
Echos mit
langer
Laufzeit
Zeit
~
3. April 1930, 130-200 Uhr
~-
kurzer
.~
227 = 2 - 113,5
191 = 2 95,6
299 I2 149,5
300 = 2 * 150
139
136
92
*
- 9696 = 22
279 = 2 - 139,s
279 2 - 139,6
278 2 139
288 = 3
289 = 3
=
=
278 = 2
=
*
144
144,5
*
- 139
272 = 2 - 136
278 2 - 139
261 = 2 130,s
=
I)
1
Vgl. hierzu die Egg. 16, 17, 21, 24, 36, 45.
91
104
129
129
128,5
128,5
117
113 u. 154
111 u. 150
368
G. Goubau
Hierzu ist noch Folgendes zu bemerken:
Am 4. April traten haufig Doppelechos auf, von deneii
das mit der kiirzeren Laufzeit eine Hohe zwischen 89 und
98 km und das andere eiue solche zwischen 100 und 140 km
lieferte. I n dieses Gebiet fallt tatsachlich die Halfte der wirksamen Hohe von 227 km, die gleichzeitig mit. einer normalen
zweimaligen Reflexion (189-192 km) auftrat. xhnlich liegen
die Verhaltnisse bei den beiden Aufnahmen vom 12. Juli; die
Hilfte der Hohen von 272 bzw. 278 km fallen zwischen die
beiden gleichzeitig vorhandenen von 113 und 154 bzw. 111
und 150 km. Es lassen sich also die abweichenden Werte
vom 4. April und 12. Juli mit groBer Wahrscheinlichkeit auf
eine zweimalige Reflexion zuriickfiihren.
Die am 17. April beobachteten Echos mit langer Laufzeit
wiirden sich hinsichtlich der Hohe als dreimalige Reflexionen
an der normalen Schicht deuten lassen. Da aber die Echos
mit kurzer Laufzeit schwach waren und auch keine zweimaligen
Reflexionen an dieser Schicht auftraten, so scheint es zutreffender, eine zweimalige Reflexion an derjenigen Schicht anzunehmen, welche die starken Echos aus 126-142 km Hohe
verursachte (vgl. Fig. 21). Es ist zu bedenken, daB bei zweimaliger Reflexion ganz andere Stellen der Kennelly-HeavisideSchicht beriihrt werden als bei einmaliger und so ist es
durchaus denkbar, daB eine zweimalige Reflexion ohne gleichzeitige einmalige vorhanden sein kann. Es diirfte sich hier
uni eine von oben nach unten vordringende Ionisation durch
die aufgehende Some gehandelt haben (beachte den Abfall
der hoher gelegenen Schicht!), die an der Stelle, an der normalerweise die einmalige Reflexion hatte stattfinden miissen,
noch nicht den geniigenden Gradienten der Elektronen- bzw.
Ionendichte besab.
11. Aus den Beobachtungen hat sich ergeben, daB sich
der Zustand der Atmosphare oft sehr rasch und stark andern
kann. Hiernach kann man wohl kaum annehmen, daB die Atmosphare merklich horizontal geschichtet ist, wie dies der Berechnung der wirksamen Hohe zugrunde gelegt ist (8).
Liegen aber die Stellen, die denselben Gradienten der
Elektronendichte haben, auf einer gekriimmten Flache oder anders
ausgedruckt, ist die reflektierende Schicht njcht eben, sondern be-
Echomessungen in der drahtlosen Telegraph6
369
liebig gekriimmt, dann braucht man sich die Entstehung der
Mehrfachechos nicht immer durch mehrere ubereinanderliegende
Schichten mit einem geniigend starken Gradienten der Elektronendichte vorzustellen, sondern man kann annehmen, da6
der eine Teil der Wellen an einer Stelle HI,der andere an
einer Stelle H, (Fig. 46) reflektiert wurde. Es gehoren dann
also beide Echos, die mehr oder weniger verschiedene Laufzeiten haben und demnach zwei verschiedene Hohen (W1und
H2)liefern, trotzdem zu derselben Schicht. Man kann
----------
Fig. 46
also in Fallen, wie denjenigen von Figg. 34 und 35, daran
denken, daB es sich hier nicht um h d e r u n g e n in der Hohe,
sondern um Xnderungen in der Form der reflektierenden
Schicht handelt.
Auf diese Weise sind sicherlich Echos zu erklaren, bei
denen das Bild auf dem Schirm der Braunschen Rohre aus
einer groBen Zahl von sehr nahe beieinanderliegenden
Riffelungen besteht (Fig. 37 und 41). Die Annahme einer
starker gewellten reflektierenden Schicht scheint hier jedenfalls
vie1 wahrscheinlicher, als die Annahme einer groBen Zahl von
teilweise reflektierenden Schichten iibereinander. Wenn man
aber mit einer gekriimmten reflektierenden Schicht rechnen
muB, d a m muB man mit sehr vielen Schliissen, die vielfach
in der Literatur unbedenklich gezogen aurden, sehr vorsichtig
sein. Wenn sich z. B. die wirksamen Hohen, die sich aus
zwei gleichzeitigen Echos ergeben, nicht genau wie 2 : 1 verA m a h der Physik. 5. Folge. 10.
24
370
G. Goubau
halten, so kann trotzdem das eine durch zweimalige, das andere
durch einmalige Reflexion an derselben Schicht entstanden sein.
Auf diese Weise konnen vielleicht die noch nicht erorterten
Ausnahmefalle vom 3. April, 22. Mai und 3. Juli (vgl. S. 367)
ebenfalls auf mehrmalige Reflexion zuruckgefuhrt werden.
12. Bei der Frage nach der Ursache der Anderungen in
der Kennelly-Heaviside-Schicht muD man unterscheiden zwischen
langsamen und raschen Anderungen.
F u r die langsamen h i e r u n g e n hat man in der Diffussion
und Ionenbildung der Elektronen, vielleicht auch in der Rekombination der Ionen eine geniigende Erklarung. Vie1 schwieriger
ist die Elrage, welche Griinde fur sehr rasche Anderungen der
Atmosphare in einer Hohe von 100 km vorliegen sollen.
Hr. H u l b u r t (9) glaubt aus einer Reihe von Erscheinungen
schlieBen zu diirfen, daB auch in diesen Hohen sehr starke
Luftbewegungen vorhanden seien und sucht sie auf thermische
Grunde zuriickzufuhren.
Es besteht aber auch die Moglichkeit, daB es sich bei
den beobachteten, oft fast ruckweisen Andernngen auf dem
Schirm der Rraunschen Rohre urn eine unregelma6ige Korpuskularstrahlung der S o m e handelt, ahnlich wie sie bei den
Nordlichtern in Erscheinung tritt. F u r diese Auffassung sprechen
die ,Beobachtungen vom 28. Juni 1930 (Fig, 34). Nach den
auBerordentlich starken UnregelmaBigkeiten von 2 30 -3l5
wurden die Echos auf einmal so konstant, wie das nur selten
der Fall war. Nach kurzer Zeit (etwa 1/4 Std.) traten dann
wieder die starken UnregelmaBigkeiten auf. Man kann hier
wohl kaum annehmen, daB in der Zeit Ton 315- 330 die
Stiirme vorubergehend aufgehort hatten.’)
Wenn die Schicht in dauernder Bewegung ist, so erklken
sich ohne weiteres auch die Anderungen im Polarisationszustand (vgl. 4).
Bekanntlich tritt durch das Erdfeld eine Aufspaltung der
Welle in mehreren Komponenten mit verschiedenem Polarisationsznstand und auch verschiedener Fortpflanzungsgeschwindigkeit und Absorption ein (11). Der Polarisationszustand der
1) Nach einer neueren Auffassung lassen sich vielleicht solcbe
Storungen auch auf Meteorschwiirme, die in die Atmosphiire eindringen,
zuriickfiihren (10).
Echomessungen in der drahflosen Telegraphie
371
Welle am Empfangsort ist bestimmt durch die gegenseitige
Phasenverschiebung dieser Komponenten. Es geniigt infolgedessen eine kleine Anderung in dem Weg einer der Komponenten, um eine groBe Anderung im Polarisationszustand am
Empfangsort hervorzurufen.
Wenn die beideii Spitzen eines Doppelechos verschiedene
Polarisationsrichtung zeigen (vgl. 23. Mai), so la6t sich dies
ohne EinfluB des magnetischen Erdfeldes auch dadurch erklken, daB das zweite Echo auf einem andern Wege seitlich
den Empfanger erreicht. (11)
Zusammenfaaeung
Es wird ein Bericht uber Echomessungen gegeben, die in
der Zeit vom 27. September 1929 bis 12. J u l i 1930 mit dem
Miinchener Rundfunksender und dem Versuchssender ,,Herzogstand" des Reichspostzentralamts (TRA.) Miinchen bei einer
Wellenlange von etwa 530 m ausgefuhrt wurden.
Die Versuchsanordnung ist im Prinzip diejenige von B r e i t
und Tuve. Sie unterscheidet sich aber von den bisherigen
Anordnungen durch die Verwendung einer Braunschen Rohre
als Oszillograph, auf deren Schirm nach der Methode der gekreuzten Felder stehende Bilder erzeugt werden, die auf einfache Weise eine dauernde Beobachtung der Echoerscheinungen
ermoglichen.
nber die Ergebnisse der einzelnen Versuche werden kurze
Berichte gegeben und samtliche gemessenen wirksamen Hohen
der Kennelly-Heaviside-Schicht in Tabellen oder Figuren aufgefiihrt.
Aus den Ergebnissen lassen sich keine Griinde ableiten,
die zu der Annahme einer stark reflektierenden Schicht in
ganz ungefiihr 200 km Hohe zwingen wiirden. A l e beobachteten Erscheinungen konnen durch eine Schicht, die zwischen
90 und 150 km Hohe liegt, erkkrt werden.
Die Messungen wurden auf Veranlassung von Hrn. Prof.
Dr. J. Z e n n e c k durchgefuhrt. F u r sein groBes Interesse an
dieser Arbeit und fur die zahlreichen w ertvollen Anregungen
bin ich ihm zu grogem Dank verpflichtet. Die Mittel wurden
hauptsachlich durch die Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft zur Verfugung gestellt und ich mochte auch an
24 *
372 G. Goubau. Echomessungen in der drahibsen Telepaphie
dieser Stelle der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft
meinen verbindlichsten Dank aussprechen.
In besonders wirksamer Weise wurden die Versuche durch
Hrn. Oberregierungsrat Prof. Dr. B a u m g a r t n e r vom Reichspostzentralanit (TU.)Miinchen unterstutzt. Ihm sowie Hrn.
Telegraphendirektor H e i 1m a n n gebiihrt daher besonderer
Dank. Ferner bin ich zu groI3em Dank verpflichtet: den Herren
Assistenten des Physikalischen Instituts, vor allem Hrn. Privatdozenten Dr. W i n t e r - G i i n t h e r , weiterhin Hrn. Telegraphenobersekretar Wo 11n e r vom Reichspostzentralamt Munchen,
Hrn. Telegrapheninspektor W o l f und den iibrigen Beamten des
Munchener Rundfunksenders, Hrn. Elektromonteur R. M u l l e r
vom Herzogstandsender sowie den Beamten der Post- und
Telegraphenamter Memmingen,Landsberg,Ingolstadt und Kochel.
Literaturverseichnis
1) Eine Zusammenstellung der hauptstichlichsten allgemeinen Ergebnisse dieser Arbeit ist schon versffentlicht wordsn: 6. G o u b a u und
J. Zenneck, Jahrb. d. drahtl. Tel. Juniheft 1931.
2). G. B r e i t und M. A . T u v e , Phys. Rev. 28. S. 571. 1926.
3) Die ursprungliche Anordnung des Senders und Empfangers ist
beschrieben: G. G o u b a u , Phys. Ztschr. 31. S. 333. 1930.
4) E. V. A p p l e t o n , Proc. Royal SOC.A. 126. S. 542. 1930.
5) Uber Frequenzmodulation siehe A. H e i l m a n n , ENT.7. S. 217.
1930.
6) A. H. T a y l o r und L. C. Y o u n g , Proc. Inst. Radio Eng. 16.
S. 561. 1928.
7) Die Erscheinung wird bei der Echo-Interferenzmethode von
L. R. H a f s t a d und M. A. T u v e ausgenutzt. Proc. Inst. Rad. Eng. li.
S. 1786. 1929.
8) Der Gedanke, daS die Schichten nicht notwendig horizontal zu
sein brauchen, ist natiirlich nicht neu. Vgl. z. B. E. V. A p p l e t o n ,
Proc. Phys. SOC.42. S. 321ff. 1930.
9) E. 0. H u l b u r t , Proc. Inst. Radio Eng. 18. S. 1231. 1930.
10) N a g a o k a , zitiert in der Arbeit von E. Quiick, ENT. 8.
S. 1931.
11) Vgl. z. B. E. 0. H u l b u r t , Phys. Rev. 29. S. 706. 1927 und
G. B r e i t , Proc. Inst. Radio Eng. 16. S. 709. 1927.
12) Vgl. N. von K o r s h e n e w s k y , Jahrb. d. drahtl. Tel. 28.
S. 184. 1926.
Mu n c he n, Physikalisches Institut der Technischen Hochschhle.
(Eingegangen 29. April 1931)
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