Der Hochfrequenz-Krieg

Von Ernst Mehrstein

Im Februar 1943 wurde ein englischer Bomber über Rotterdam abgeschossen. Routinemäßig untersuchten die deutschen Besatzungsbehörden das Wrack. Sie fanden zu ihrer Überraschung einen neuen Typ einer Funkmeß- (Radar-) Anlage. Diese ging als „Rotterdam-Gerät“ in die Geschichte ein, und vor allem die Nachkriegspropaganda nahm diesen Vorgang zum Ausgangspunkt für den „Nachweis“, daß „Nazideutschland“ auf dem Gebiet der Technik und Wissenschaft den demokratischen Staaten hoffnungslos unterlegen gewesen sei, nachdem seit 1933 eine Reihe „Experten“ hauptsächlich jüdischer Abstammung Deutschland verlassen hatten. Der Propaganda zufolge blieb die deutsche Forschung zurück, nachdem diese Emigranten in den deutschen Forschungslaboratorien fehlten.

Eine sachlichere Betrachtung sowohl des allgemeinen deutschen Beitrags bei der Entwicklung verschiedener Erfindungen zwischen 1933 und 1945 wie auch der britischen Radaranlage ergibt ein anderes Ergebnis.

Die Hauptkomponente des Rotterdam-Geräts – ein Magnetron mit hoher Sendeleistung – findet man heute in fast jedem Haushalt: in der Mikrowelle; außerdem (mit weniger Leistung) in speziellen Radaranlagen für kurzen Abstand, z.B. den Radargeräten der Polizei zur Geschwindigkeitsmessung. Die Anlagen, die für die militärische oder zivile Luftraumüberwachung oder bei der Marine verwendet werden, benutzen eine ganz andere Technik – eine Technik, die ganz und gar „made in Germany“ ist und von der die Alliierten erst erfuhren, als sie nach dem 2. Weltkrieg komplette Anlagen übernehmen konnten, wie z.B. die in Hanstholm in Dänemark installierte, die Bestandteil des Atlantikwalls war. Den Alliierten war im Zweiten Weltkrieg klar, daß die Deutschen über eine überlegene Radartechnik verfügten. Sie spionierten eifrig, erfuhren aber erst nach Abschluß des Krieges vom Stand der deutschen Entwicklung.

Die Nachrichten-Versuchs-Abteilung (NVA)

Die Geschichte beginnt 1933 in Kiel. Die Nachrichten-Versuchs-Abteilung (NVA) unter der Regie der deutschen Reichsmarine beginnt die militärische Ausnutzung der sog. Funkmeßtechnik. Nach dem Krieg wurde hierfür der angelsächsische Ausdruck RADAR üblich (ein Kunstwort aus radio detecting and ranging). Der deutsche Wissenschaftler Heinrich Barkhausen hatte 1919 durch Entdeckung des nach ihm benannten Barkhausen-Effekts in Verstärkerröhren die Grundlage für die Hochfrequenztechnik gelegt. In den folgenden Jahren entstanden neue Typen von Hochfrequenzgeneratoren, nämlich Klystrone und Magnetrone. Auch Ingenieure und Wissenschaftler außerhalb Deutschlands förderten die Forschung auf diesem Gebiet.

Einer der herausragenden Beiträge erfolgte durch den Japaner Yagi, der 1927 an der Entwicklung des sog. Vielschlitz-Magnetrons mitwirkte und auch durch die Yagi-Antennen bekannt wurde, (besonders richtungsempfindliche Antennen für hohe Frequenzen.) Yagi arbeitete an der Universität Tohoku in Sendai in Japan und sein Mitarbeiter Okabe war der erste, der nachweisen konnte, daß man mit einem Magnetron hochfrequente Schwingungen mit sehr hohem Effekt erzeugen konnte. Okabe führte seine Forschung 1927 durch, ohne von den Arbeiten des Deutschen Habann über die Magnetron-Technik zu wissen. Habann arbeitete an der Universität Jena und veröffentlichte seine Ergebnisse 1924.

Eine gewöhnliche Elektronenröhre bekommt bereits unterhalb etwa 100 MHz Probleme, da die Laufzeit der Elektronen zwischen Kathode und Anode im Verhältnis zur Schwingungsperiode zu lang wird. Man kann verschiedene Unregelmäßigkeiten in der Bewegung der Elektronen ausnutzen, wie den Barkhausen-Effekt, um innen in der Röhre elektromagnetische Felder aufzubauen. Anstatt daß man Resonanzelemente außerhalb der Röhre hinzukoppelt, kann man die Resonanz der elektromagnetischen Wellen innen in der Röhre ausnutzen. Im Vielschlitz-Magnetron werden die Elektronen dazu gebracht, sich mit Hilfe eines Magnetfelds auf einer spiralförmigen Bahn zu bewegen. Das Magnetron wurde auch nach 1933 in Deutschland weiterentwickelt, ohne jedoch besondere Bedeutung zu erlangen – aus dem einfachen Grund, weil dafür kein Bedarf bestand.

Scheibentrioden der Firma Telefunken.

In Deutschland hatte man zugleich die Weiterentwicklung der Elektronenröhre bis zur Grenze des technisch Machbaren betrieben. Das Ergebnis war die Scheibentriode, die die Grundlage für die deutsche Radartechnik wurde. Nach 1941 folgten die USA und England. Die Scheibentriode kann mit Frequenzen bis zu etwa 10 GHz arbeiten, was einer Wellenlänge von etwa 3 cm entspricht. Die Leistung ist bei diesen hohen Frequenzen recht bescheiden, und das Magnetron ist hier klar überlegen. Aber bei etwas größeren Wellenlängen, wie z.B. 53 cm konnte ein von der Firma Lorenz produzierter Typ 50 kW Impulsleistung abgeben. Die Impulsleistung liegt in der Regel etwas über der Leistung, die eine Röhre als Dauerleistung kontinuierlich abgeben kann.

Den Deutschen standen also sozusagen alle Frequenzbereiche zu Verfügung, und sie sollten sich entscheiden, welche für ein zukünftiges Radarsystem verwendet werden sollten. Der Zentimeterbereich, also über 1 GHz, war für Radar über lange Entfernungen nicht von Interesse, sondern nur für „Richtfunk“, also Mikrowellen-Ketten zur Übertragung von Radio- und Fernsehsignalen sowie Telefongesprächen. Die erste Mikrowellenkette wurde 1938 für die Luftwaffe gebaut.

Im Sommer 1933 begann man bei der NVA in Kiel mit einer sog. Bremsfeldröhre der Firma Pintsch in Berlin nach dem Barkhausen-Prinzip. Diese arbeitete mit einer Wellenlänge von 13,5 cm, aber es zeigte sich, daß die Leistung zu schwach war. Man wandte sich an die Firma Philips in Holland und schaffte ein Magnetron an, das bei 600 MHz 70 Watt lieferte. Die Wellenlänge war dabei 50 cm. Damit wurden die ersten Versuche gemacht, und eine neue Firma, die GEMA, wurde gegründet. Der erste Apparat aus eigener Produktion lieferte 40 Watt bei einer Wellenlänge von 48 cm. Keiner dieser Apparate war in der Praxis brauchbar, aber sie lieferten wertvolle Erkenntnisse für die spätere Entwicklung. Pintsch in Berlin hatte nach einiger Zeit die 13,5-cm Röhre verbessert und nach verschiedenen Vorführungen war auch die militärische Führung überzeugt, und von da an wurde Radar ein Bestandteil der deutschen Militärentwicklung und Aufrüstung.

Die Deutschen hatten zu dieser Zeit ein erhebliches Wissen über das Verhalten elektromagnetischer Wellen erlangt. Die Wahl des Frequenzbereichs ist einerseits durch rein technische Möglichkeiten bedingt, teils durch die Reflexionseigenschaften der Wellen. Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen erfolgt bei ganz niederen Frequenzen kugelförmig von den Sendeantennen aus, während sie bei hohen Frequenzen (wie z.B. dem sichtbaren Licht) ausschließlich geradlinig erfolgt.

Im Mikrowellenbereich befinden wir uns mitten zwischen diesen typischen Eigenschaften, und bei Frequenzen unter 1 GHz besteht teilweise noch die Tendenz zur kugelförmigen Ausbreitung. Das ist von Bedeutung für die Leistung, die an eine Sendeantenne zurückgegeben werden kann. Über 1 GHz, z.B. bei einer Wellenlänge von 10 cm (3 GHz) ist die Reflexion ausgesprochen richtungsorientiert, d.h., die Chance, daß die Antenne „getroffen“ wird, ist verringert. Nur ein Teil der Reflexionen gelangt zurück in Richtung der Antenne. Es muß daher eine sehr große Leistung gesendet werden, damit überhaupt ein brauchbares Signal zurückkommt.

Über 10 GHz beginnt der Wasserdampf (Wolken), die Strahlung aufzusaugen, und um die 20 GHz schluckt der Sauerstoff der Luft fast die ganze Strahlung. Bei höheren Frequenzen herrscht wiederum „freie Bahn“, aber diese sind in der Praxis nicht erreichbar.

Die erste Radaranlage

Zu den ersten Radaranlagen, die zur Anwendung kamen, gehörte die Anlage der GEMA, die im Sommer 1936 auf der Graf Spee als welterste Anlage zur Steuerung von Schiffsartillerie installiert wurde. Sie arbeitete mit 355 MHz und konnte im Gegensatz zu optischen Feuerleitanlagen „hinter“ den Horizont sehen. Erst nach 1945 hatten nichtdeutsche Flotteneinheiten radargesteuerte Feuerleitanlagen, die auch dreidimensional arbeiten konnten.

Dr. Wilhelm Runge von der Firma Telefunken sollte bei der weiteren Entwicklung eine führende Rolle spielen. Während die englischen Radaranlagen, die im gleichen Zeitraum entlang der englischen Küste aufgestellt wurden, nur den Abstand zum Ziel (z.B. einem Schiff oder Flugzeug) bestimmen konnten, konnten die deutschen Anlagen genau die Richtung angeben und in bezug auf Flugzeuge auch die Flughöhe.

Runge hatte 1937 das Würzburg-Gerät entwickelt, das mit 565 MHz (53 cm) arbeitete. Die Antenne war ein großer Parabolspiegel. In der Mitte des Parabols war ein rotierender Dipol angebracht, der es ermöglichte, die Polarisation des ausgestrahlten Signals zu steuern. Dadurch wurde es möglich, außer dem Abstand auch ganz genau die Richtung der Rückstrahlung und seine Höhe über dem Boden/Meeresspiegel zu bestimmen. Die hierzu nötige Theorie und Elektronik waren das Ergebnis mehrjähriger intensiver Forschungsarbeit und blieb den Alliierten während des ganzen Krieges unbekannt. Die englischen Radaranlagen konnten nur die Laufzeit eines reflektierten Impulses bestimmen, und hieraus den Abstand zum Ziel berechnen. Die Grundidee beim deutschen Radarsystem ist eine kontinuierliche Änderung der Polarisation der ausgesandten Welle – also der Richtung der elektrischen und magnetischen Felder, die senkrecht aufeinander stehen. Der als Antenne wirkende Parabolspiegel – kann zwar so gedreht werden, daß er horizontal in verschiedene Richtungen zeigt, das hat aber nichts mit dem Funktionsprinzip zu tun. Während der Parabol in die gleiche Richtung zeigt, dreht sich die Dipolantenne in der Mitte. Sie sendet kurze Hochfrequenz-Impulse aus, und diese kommen so schnell zurück, daß sich die Antenne in der Mitte so gut wie nicht weiterbewegt hat.

Man kann sich die Strahlung als einen vom Parabol ausgehenden Kegel vorstellen. Ein Ziel befindet sich auf einer Linie, die einen Winkel mit der Achse des Parabols bildet. Die Intensität der ausgesendeten Welle wird richtungsbestimmt und asymmetrisch in dem Sendekegel verteilt, während der Dipol rotiert. Das gleiche Objekt wird somit im Prinzip zwei Mal getroffen, aber mit unterschiedlicher Intensität. Der Unterschied zwischen den zwei Reflexionen steigt mit zunehmendem Abstand von der Achse. Auch der Drehwinkel ergibt eine Variation der reflektierten Signalstärke, weil die Reflexion einer Welle von der Polarisationsebene der Welle abhängig ist.

Schematische Darstellung des Würzburg-Radar

Da der Drehwinkel des Dipols im Brennpunkt des Parabols auch bekannt ist, kann man nun weiter aus den somit gemessenen polaren Koordinaten die Höhe über dem Meer und den Seitenwinkel berechnen.

Diese Technik war den Engländern völlig unbekannt. Sie verwendeten nichtdrehbare Antennenmasten. Diese erlaubten eine grobe Einschätzung der Flughöhe aufgrund der Signalverteilung entlang der Antenne, die bis zu 100 m hoch sein konnte. Die Genauigkeit, mit der das deutsche System arbeitete, war damit jedoch nicht erreichbar. Dies ist auch der Grund, warum der englische Radar nicht für z.B. Feuerleitzwecke eingesetzt werden konnte. Die Reichweite der deutschen Anlage betrug zunächst ca. 40 km und wurde später vergrößert (Würzburg-Riese mit einem Spiegeldurchmesser von 7,5 m), aber der „Mammut“, der etwas später von der IG Farben entwickelt wurde, hatte bei einer Flughöhe von bis zu 6000 m eine Reichweite von 250 km und bei einer Flughöhe bis zu 800 m eine Reichweite von 300 km. GEMA baute das Gerät „Wassermann“, das als die beste Radaranlage des 2. Weltkrieges angesehen wird. Die Reichweite war ca. 240 km, und die Anlage konnte (wie verschiedene andere) ganze 360 Grad gedreht werden und daher den ganzen Horizont erfassen. Es wurden andere Anlagen für bestimmte Zwecke gebaut, wie etwa Freya – von GEMA entwickelt und erstmals 1937 im Einsatz. Mehrere Anlagen waren transportabel und mobil, indem sie auf Eisenbahnwagen montiert werden konnten.

Im Sommer 1940 wurden die Engländer mit noch einer Überraschung empfangen, nämlich radargesteuerter FLAK. Dieser funktionierte so, daß der Radar automatisch einen Scheinwerfer auf ein einfliegendes feindliches Flugzeug warf, und dieses im Lichtkegel „gefangenhielt“. Die einzige Möglichkeit, diesem Kegel zu entkommen, bestand darin, schneller nach unten abzutauchen als die Radaranlage mitfolgen konnte. Wie ein Wellington-Pilot sagte: „Dann mußte man sich schleunigst davonmachen.“

Würzburg-Riese an der Erprobungsstelle Werneuchen 1943

Die Deutschen hatten auch die ersten elektronischen Höhenmesser, z.B. SIEMENS FuG 101, der mit 375 MHz arbeitete und es ermöglichte, daß deutsche Maschinen ganz tief fliegen konnten. Die Engländer hatten große Probleme, beim Fliegen dicht über der Erd- oder Wasseroberfläche eine konstante Höhe einzuhalten. Als sie z.B. die Dämme im Ruhrgebiet mit enorm großen Bomben zerstören wollten, die kurz vor dem Damm geworfen werden sollten, war es wichtig, einen konstanten Abstand von der Wasserfläche einzuhalten. Die Engländer lösten das Problem, indem sie zwei schräggestellte Scheinwerfer verwendeten. Die gewünschten Höhe war dort, wo sich die beiden Lichtfelder trafen.

General Kammhuber, der Leiter der deutschen Nachtjäger, wünschte sich im Herbst 1940 radarunterstützte Feuerleitgeräte in den deutschen Jägermaschinen. Telefunken baute unter Leitung von Runge die Lichtenstein-Anlage in verschiedenen Versionen. Im Juli 1941 baute man versuchsweise eine Anlage in Leeuwarden in Holland in eine Dornier Do-215B ein. Die Piloten waren zunächst nicht sonderlich zufrieden, weil die Antennen die Geschwindigkeit um etwa 50 km/h herabsetzten. Dann bemerkte man, daß man bereits aus einem größeren Abstand als früher schießen konnte, aus bis zu 1000 m Entfernung von der feindlichen Maschine.

Lichtenstein BC arbeitete mit einer Frequenz von 490 MHz mit einer Leistung von 1,5 kW. Die Reichweite betrug bis zu 3,5 km und eine Anlage wog nur 24 kg. Der Pilot konnte auf insgesamt 3 Schirmen den Abstand, die Seitenrichtung und die Höhe sehen. Es folgten mehrere verbesserte Versionen und es wurden auch spezielle Anlagen zur Ortung von Schiffen und U-Booten entwickelt. Hier muß die Anlage „Hohentwiel“ genannt werden, die u.a. in die Focke-Wulf-Condor eingebaut wurde, zweimotorige Langstreckenflieger, die über dem Atlantik feindliche Geleitzüge und U-Boote aufspürten.

Aber auch die Engländer benützten Radar zur Ortung von U-Booten. Anfangs benützten sie ein 1,5 m Radar. Die Deutschen hatten die Metox-Anlage als Warngerät konstruiert, so daß das U-Boote abtauchen konnte, bevor z.B. ein Swordfish zu nahe herankam. Die Swordfish-Maschinen starteten typischerweise von einem Flugzeugträger aus und kontrollierten in einem bestimmten Gebiet, ob sich dort deutsche U-Boote aufhielten.

Zunächst zeigten sich allerdings Schwierigkeiten. Der Apparat war mit Ausrüstung im Innern des U-Boots über ein empfindliches Kabel verbunden, das durch die Luke eingeholt werden mußte, bevor das U-Boot tauchen konnte.

Als die Engländer im Dezember 1942 begannen, den neuen 10-cm H2S-Radar einzusetzen, waren die Deutschen zunächst ratlos. Der Metox-Apparat funktionierte nicht und die Engländer rechneten damit, daß die Deutschen nicht herausfinden würden, daß es sich um eine Radaranlage mit einem Frequenzbereich handelte, der über den für Radar üblichen Frequenzen lag.

FW-Condor mit Antennen für das Schiffszielsuchgerät
FuG „Rostock“

Deutsche U-Boot-Besatzungen äußerten mehr oder weniger fantasiereiche Theorien über den Grund, warum feindliche Flieger und Zerstörer nun U-Boote überraschen konnten. Die deutschen Verluste stiegen, aber es dauerte nicht lange, bis man von deutscher Seite eine Lösung fand.

Der neue englische Radar war in bezug auf die rein technischen Spezifikationen nicht besser als der bis dahin auf deutscher Seite verwandte, arbeitete jedoch in einem Frequenzbereich, von dem man teils glaubte, daß ihn die Deutschen nicht beherrschten, und teils hoffte, daß sie gar nicht daran denken würden.

Der Hochfrequenzkrieg hatte die 1 GHz-Grenze überschritten. Bereits ein paar Monate später, nämlich im Februar 1943, wurde den Deutschen ein Exemplar des neuen englischen H2S-Radars frei Haus geliefert, nämlich eingebaut in eine Bombenmaschine, die über Rotterdam abgeschossen wurde.

Es bestand für die Deutschen keine technische Notwendigkeit für solch eine Entwicklung, die für die Engländer nur deshalb eine Rolle spielte, weil die Deutschen eine Zeitlang durch sie überrumpelt werden konnten. Der H2S-Radar hatte nur den technischen Vorteil, daß die Antennen wegen dem Luftwiderstand innen im Rumpf der Maschine angebracht werden konnten, aber die Ausrüstung wog erheblich mehr als die entsprechende deutsche, die mit niedrigeren Frequenzen arbeitete. Außerdem hatten die ersten englischen Maschinen ihr H2S-Radar in einer Kuppel an der Unterseite der Maschine eingebaut, was bestimmt keinen geringeren Luftwiderstand ergab als die deutschen Antennen.

Als die Deutschen den Frequenzbereich der englischen Apparate erst einmal kannten, war der Spuk schnell vorbei. Telefunken FuMB7 „Naxos“ wurde in die U-Boote eingebaut. Die Engländer wechselten zu einem neuen Frequenzbereich, H2S MK VI arbeitete mit 3 cm Wellenlänge und hatte einer Impulsleistung von 200 kW. Der deutsche Gegenzug war das FuMB 36 „Tunis”. Außerdem verwandten die Deutschen die gleiche Technik wie bei den heutigen „Stealth-Bombern“ der USA, nämlich, Teile des U-Bootes mit radarabsorbierendem Material zu überziehen.

Die Deutschen bauten nun auch Hochleistungs-Magnetrone, waren aber nie von deren praktischer Anwendbarkeit im militärischen Bereich überzeugt. Es blieb meist bei Versuchsserien. Aus den technischen Spezifikationen ergibt sich, daß diese Anlagen verhältnismäßig schwer sind, wenn die erforderliche hohe Leistung verlangt wird.

Für Radar über weite Entfernungen ist dieser Frequenzbereich weiterhin irrelevant, und während des Krieges interessierte man sich in Deutschland nicht gerade für die Produktion von Haushaltsgeräten.

Als die Alliierten im Sommer 1945 in der Normandie an Land gingen, fanden sie mehrere Würzburg-Riese-Radaranlagen in mehr oder weniger intaktem Zustand. Nun konnte endlich ihre Neugier befriedigt werden, wie das geheimnisvolle deutsche Radarsystem funktionierte. Die Würzburg-Anlage war von Spionagefotos bekannt, sie war sowohl aus der Luft wie auch ganz nahe an ihrem Standort fotografiert worden. Spione hatten sich in die deutschen Radarstationen eingeschlichen und es war ihnen in mehreren Fällen gelungen, gute Bilder der deutschen Anlage zu machen. Dennoch hatten die Alliierten Pech und konnten die Funktionsweise nicht den Fotos entnehmen.

Amerikaner und Engländer demontierten 1945 mehrere Anlagen und nahmen sie mit nach Amerika bzw. England, um sie dort näher zu untersuchen. Auch noch lange Zeit nach dem Krieg mußten sich die demokratischen Sieger mit der deutschen Radartechnik beschäftigen. So wurde z.B. 1948 in den USA eine Würzburg-Riese-Anlage aus zwei defekten Anlagen zusammengebaut, doch es gab ein unlösbares Problem: es fehlten Ersatzteile. Die deutsche Anlage bestand in hohem Maß aus Hightech-Produkten, die außerhalb Deutschlands nicht bekannt waren, so daß man nach dem Krieg nicht in der Lage war, die Anlagen in den Originalzustand zu versetzen und zum Funktionieren zu bringen. Denn die deutschen Fabriken hatten keine Ersatzteile mehr auf Lager und konnten sie auch nicht mehr produzieren.

Nicht die Deutschen, sondern die Engländer hatten im Februar 1943 Grund zu der Einsicht, daß sie technisch rückständig waren. In der Nacht zwischen 27. und 28. März 1942 kämpfte eine englische Kommandoeinheit an der französischen Kanalküste bei Bruneval die Mannschaft einer deutschen Radarstellung nieder und stahl u.a. die Sendeeinheit. Es gelang ihnen allerdings nicht, sich der Bildschirme zu bemächtigen, aber jetzt hatten die Engländer ein Exemplar eines deutschen Hochfrequenzgenerators. Allerdings hatten sie nicht die grundlegende Technologie, um das Gerät nachzubauen, und sie versuchten es auch gar nicht. Außerdem handelte es sich um eine – nach deutschen Maßstab – bereits veraltete Anlage des ersten Würzburg-Typs von 1937.

Nach 1945 konnte man zunächst keine Hochfrequenzgeneratoren bauen, die für die deutschen Radaranlagen paßten. Abgesehen von Deutschland hatten die Engländer die modernste Technik, aber auch sie hatten enge Grenzen für das Leistungsvermögen im buchstäblichen Sinn. Zwar kannten die Engländer sowohl Klystrone wie auch Magnetrone, aber sie konnten nicht die Leistung erbringen, die für eine dreidimensionale Radaranlage notwendig war.

Es ist einfacher, ein Radarsignal zu empfangen und zu verstärken, als ein Radarsignal mit großer Sendeleistung zu generieren. Die Engländer konstruierten daher Empfänger für höhere Radarfrequenzen und bauten sie in ihre Spionageflugzeuge ein, die über Deutschland deutsche Radarstationen und die Frequenzen, mit denen sie arbeiteten, aufspüren sollten. Mit dieser Methode fanden die Engländer heraus, daß die Würzburg-Anlage mit einer Wellenlänge von 53 cm arbeitete. Durch Abwerfen von Stanniolstreifen mit der halben Länge, also 26,5 cm, konnte man die deutschen Anlagen „blind“ machen. Das gelang bei einer Bombardierung von Hamburg über Erwarten gut und die englischen Bomber kamen mit wesentlich geringeren Verlusten davon als gewöhnlich. Zwar war den Deutschen rein theoretisch diese Möglichkeit der Radarstörung bekannt, aber sie hatten nicht damit gerechnet, daß so etwas auch eingesetzt würde. Nun trafen sie natürlich ihre Vorkehrungen. General Martini hatte darauf hingewiesen, daß es möglich war, die deutschen Radaranlagen mit solchen Methoden zu stören, aber die Deutschen glaubten nicht, daß die Engländer die deutschen Frequenzen kannten.

Die Verluste der Alliierten über Deutschland waren enorm, und so hoch, daß eine derartige Form des Luftkrieges vollkommen unvernünftig erscheinen mußte. Aber die Alliierten hielten die wirklichen Verluste an Besatzungen so weit wie möglich geheim, um Deutschland – koste es, was es wolle – zu zerschmettern.

Die kürzeste Wellenlänge, die den englischen Radaranlagen 1939 zur Verfügung standen, war 1,5 m. Die Engländer besaßen zwar Generatoren, die Hochfrequenz bis herab zu einer Wellenlänge von ca. 50 cm erbringen konnten, aber die Leistung war wesentlich geringer als bei den deutschen Anlagen, die somit in der Reichweite überlegen waren. Zu diesem Zeitpunkt arbeitete das deutsche Militär bereits mit 50-cm Wellen im routinemäßigen täglichen Einsatz.

Die Engländer begannen 1939 Untersuchungen unter der Leitung von Prof. Marcus Oliphant an der Universität Birmingham zur Entwicklung von Klystronen oder Magnetronen, die die erforderliche Sendeleistung bei höheren Frequenzen und damit kürzeren Wellenlängen erzeugen konnten. Man war in Zeitnot, da die Deutschen nicht die Hände im Schoß gehalten hatten und mit der Entwicklung der Scheibentriode als Hochfrequenzgenerator ein gutes Stück vorangekommen waren. Im Gegensatz zu sowohl Klystronen und vor allem Magnetronen ist die Scheibentriode ein ausgesprochenes „Hightech“-Produkt. Man kann die Situation mit heutigen Computern vergleichen. Die Taktfrequenz für die Prozessoren gehen immer höher – bis in den Gigahertzbereich – indem man die Dimensionen der integrierten Kreisläufe so klein wie möglich hält. Die Zeit, die die Elektronen brauchen, um sich zu bewegen, ist entscheidend. Während Klystrone und Magnetrone Resonanzelemente für die gewünschten Frequenzen benutzen, arbeitet die Scheibentriode so, daß sie die Laufzeit verkürzt, indem sie einfach die zurückzulegenden Abstände vermindert. Ein weiterer entscheidender Unterschied ist, daß die Scheibentriode mit elektrostatischer Steuerung der Elektronenbewegung arbeitet, während Klystrone und Magnetrone Magnetfelder benutzen.

Eine Scheibentriode hat daher sehr kleine Elektrodenabstände, die sich wie bei der herkömmlichen Elektronenröhre in einem Vakuum befindet. Es müssen ganz spezielle Metall-Legierungen und eine speziell entwickelte Keramik verwendet werden. Obwohl sich Engländer und Amerikaner ab 1941 auch mit Scheibentrioden versuchten, waren sie im Vergleich zu Deutschland hoffnungslos rückständig.

Würzburg-Riese: In der Mitte des Parabols
sieht man den rotierenden Dipol.

Die ab 1939 in England gemachten Versuche mit Klystronen mußten aufgegeben werden, denn sie konnten nicht die nötige Leistung abgeben. Die Funktionselemente in einem Magnetron kannte man bereits – nicht zuletzt aus den wissenschaftlichen Publikationen der Deutschen aus der Zeit zwischen den Weltkriegen. Es mag ein bißchen übertrieben klingen, wenn man sagt, daß man ein Magnetron am Küchentisch bauen kann, aber das illustriert, wie einfach der Aufbau und die Funktion sind im Vergleich beispielsweise mit der Scheibentriode. Das grundlegende Funktionselement beim Magnetron (und namentlich bei dem Typ, den die zwei Engländer John Randall und Harry Boot dazu brachten, eine sehr hohe Leistung abzugeben), ist der Resonanzraum innen in der Röhre. Ein solcher Resonanzraum funktioniert nur bei ausreichend hohen Frequenzen.

Die Nachkriegs-Radaranlagen für große Abstände benützen Wellenlängen bis herab zu 25 cm. Für kürzere Abstände, wenn z.B. keine Höhenpeilung und andere speziellen Einzelheiten von Bedeutung waren, – wie z.B. bei Schiffsradar für die Hafennavigation usw. –, werden Wellenlängen bis zu 3 cm herab benutzt und hier kommt das Magnetron zum Einsatz.

Ein Würzburg-Riese kann nicht mit den Wellenlängen arbeiten, die ein Magnetron vom Typ H2S liefert. Das Problem besteht darin, daß elektromagnetische Wellen bei Frequenzen über ca.1 GHz sozusagen die Fähigkeit verloren haben, sich nach den Seiten hin auszubreiten, ihre Ausbreitung erfolgt nur noch geradlinig. Wenn der Parabolspiegel auf das Ziel gerichtet wird und 10-cm Wellen aussendet, wäre die Streuung bescheiden im Vergleich zu 53-cm Wellen, die bereits eine sehr ausgeprägte Bündelung der Strahlung bewirken. Man kann natürlich Informationen über sowohl Höhe wie auch Seitenrichtung bekommen, indem man den Parabol auf das Ziel richtet und danach abliest, in welchem Winkel der Parabol eingestellt ist. Der Parabol muß somit ständig mechanisch dem Ziel nachgeführt werden und durch einen anderen Radar mit einem breiteren „Gesichtsfeld“ gesteuert werden.

Die praktischen Erfahrungen haben gezeigt, daß beim Würzburg-Prinzip die unterste Grenze bei einer Wellenlänge von ca. 25 cm liegt. Das Würzburg-Prinzip wird noch heute angewandt und wird im angelsächsischen Sprachgebrauch als „conical scan-radar“ bezeichnet. Beispielsweise wird sowohl bei Militärmaschinen wie auch bei zivilen Flugzeugen der Einflug in den Flughafen von einem Radar vom Typ Würzburg überwacht. Außerhalb Deutschlands konnte man aber bis 1945 keine 25-cm Wellen mit nennenswerter Leistung erzeugen und es dauerte auch nach 1945 einige Zeit, bevor man dazu imstande war – nicht einmal die ursprüngliche Arbeitsweise mit 50-cm Wellen konnte man erreichen.

Vor 1945 mußte man auch ein zweites Radar benutzen, um den Parabol auf das Ziel einzuschwenken, aber die Würzburg-Anlage hatte selbst ein so großen Sichtfeld, daß die Höhen- und Seitenpeilung rein elektronisch durchgeführt werden konnte.

Als die Engländer dann ihr Magnetron hatten, konnten sie auch das Problem der Seitenpeilung lösen. Man ließ einen H2S-Radar horizontal rotieren, damit konnte man einerseits die konventionelle Laufzeitmessung durchführen und andererseits hatte man aufgrund der ausgesprochenen „Bündelung“ der Strahlung zugleich eine präzise Richtungsbestimmung. Aber die Höhe konnte man nur messen, indem man den Radarstrahl hochrichtete und dann den Winkel der Antenne feststellte.

In der Praxis verwendete man nur Anlagen, die in der waagrechten Ebene rotierten und das Echo auf einem Schirm entlang einer Linie aufzeichnete, die dem augenblicklichen Winkel des Senders entsprach. Dadurch bekam man eine „Panorama-Registrierung“ der Umgebung, entsprechend der Reichweite des Radars, die ohne Parabolantenne recht bescheiden war. Bis zum Dezember 1942, als das Hochleistungsmagnetron fertig entwickelt war, konnten die Engländer gerade einen 50-cm Radar für kurze Reichweite (mit knapp 600 MHz) bewerkstelligen. Ihr Radar für große Entfernungen kam nicht über 200 MHz (1,5 m Wellenlänge). Von hier bestand eine Riesenlücke bis zu den 3 GHz, die ihr neues Magnetron liefern konnte. Dieses war, wie schon erwähnt, erst im Dezember 1942 zum praktischen Einsatz bereit.

Die deutsche Kapitulation 1945 führte zu einem Technologieverlust, da die Produktionsanlagen völlig zerstört wurden und die Personen, die darüber Bescheid wußten, auf verschiedene Gefangenenlager verteilt waren. Zwar sammelten die Sieger deutsche Wissenschaftler zusammen, aber teils war es gar nicht möglich, sie alle zu finden, und teils waren nicht alle willig, für z.B. die Amerikaner zu arbeiten, wie etwa Willy Messerschmitt, der u.a. das Jagdflugzeug Me-109 und den ersten Düsenjäger Me-262 gebaut hatte. Nachdem seine Fabrikanlagen beschlagnahmt worden waren, weigerte er sich, für die Besatzungsmächte zu arbeiten und verlangte sein Augsburger Werk zurück. Darauf gingen die Alliierten nicht ein und Messerschmitt verweigerte sich.

Nach 1945 dauerte es einige Zeit, bevor das oben genannte Frequenzloch geschlossen wurde. Dies erfolgte teils durch die Entwicklung der Transistortechnik, sowie durch Klystrone und Wanderfeldröhren sowie MASER, einem Vorläufer des LASER.

In Bezug auf Radartechnik waren die Engländer und die übrigen kriegführenden Parteien also im Verhältnis zu Deutschland technisch rückständig, und es gelang ihnen nicht, während des Krieges den deutschen Vorsprung einzuholen.

Als man 1948 in den USA die wieder zusammengebaute Würzburg-Riese-Anlage zum Laufen bringen wollte, fehlten die notwendigen Scheibentrioden. Diese konnten auch nicht mehr beschafft worden – es war nicht mehr möglich, sie bei Telefunken in Deutschland zu bestellen.

Man entfernte daher die deutsche Elektronik und ersetzte sie mit Elektronik „made in USA“, bei der sich als Kernstück ein Magnetron befand, das mit 2,8 GHz (also einer Wellenlänge von 11 cm) arbeitete.

Danach konnten die Amerikaner – nicht ohne Stolz – mitteilen, daß die Anlage jetzt Flugzeuge in bis zu 600 km Abstand feststellen konnte, während die originale Anlage nur eine Reichweite von 70 km gehabt habe. Damit sollte die Überlegenheit der englischen und amerikanischen Hochfrequenztechnik dokumentiert werden und es war zu vernehmen: Hätte die politische und militärische Führung in Deutschland nur auf die Stimmen gehört, die Hochleistungsmagnetrone in Deutschland verlangt hatten, so hätten die Deutschen im Krieg über ein leistungsfähigeres Radarsystem verfügt.

Solche Behauptungen sind reine Propaganda. Es nützt herzlich wenig, ein Flugzeug in 600 km Entfernung orten zu können, – das ist die Aufgabe eines Frühwarnradars – wenn man nicht seine Höhe messen kann. Die von den USA umgebaute Würzburg-Anlage konnte nämlich nicht in 3 Dimensionen arbeiten.

Die ursprüngliche Würzburg-Anlage war ein Kurz-bis-Mittelbereich-Radar für 3 Dimensionen. Ihre Reichweite sollte bewußt den Radius von ca. 70 km erfassen. Beim 7,5m Parabol lag die sogenannte Pulsrepetitionsfrequenz – abgekürzt PRF – hierfür bei 1875 Hz. Es wird ein Hochfrequenzimpuls von 1 Mikrosekunde Dauer ausgesendet, danach wartet man 530 Mikrosekunden bis zum nächsten Impuls. In diesem Zeitraum werden die reflektierten Impulse aufgesammelt. Der Radar kann nicht die ganzen 530 Mikrosekunden ausnutzen, da er sich auf den nächsten Impuls „vorbereiten“ muß. Ein Impuls, der aus 70 km Entfernung reflektiert wird, ist insgesamt 140 km unterwegs. Der Impuls braucht 470 Mikrosekunden, um diese Strecke zurückzulegen. Die äußerste Grenze für die Reichweite bei voller Ausnutzung der 530 Mikrosekunden wäre also 79,5 km und die PRF war hierfür speziell gewählt. Beim H2S-Magnetron ist eine freie Wahl der PRF nicht möglich.

Die englischen 10-cm Magnetrone konnten 50 kW als Impulsleistung liefern. Es gibt keine Angaben über die Leistung des amerikanischen Magnetrons, der in die Würzburg-Anlage eingesetzt wurde. Es gibt aber Angaben über ein amerikanisches Magnetron eines vergleichbaren Typs von ungefähr 1975. Dieser arbeitete mit ca. 15 GHz und lieferte 125 kW als Impulsleistung mit einer Impulsdauer von 3 Mikrosekunden und einer maximalen PRF von ca. 330 Hz. Diese Zahlen sind recht realistisch und man kann damit bestimmt nicht die englische Anlage aus der Kriegszeit falsch einschätzen.

Wenn wir uns vorstellen, daß es möglich wäre, nach Einsetzung des amerikanischen Magnetrons in die Würzburg-Anlage ein Strahlenbündel von gleicher Qualität und räumlicher Anordnung zu erhalten, wie im Originalzustand der Anlage, können wir mit den oben genannten Zahlen einen Überschlag machen: (In Wirklichkeit kann man bei Frequenzen um die 3 GHz – ganz zu schweigen von 10 GHz – keinen Strahlenkegel mit der gleichen räumlichen Verteilung wie bei Frequenzen unter 1 GHz erlangen.) Diese räumliche Anordnung der Strahlung ist eine absolute Voraussetzung für das Funktionieren des Radars. Ab ca. 2 GHz wird die Strahlung allzusehr gebündelt.

Der Würzburg-Radar hatte eine Impulsleistung von 50 kW, also insgesamt 1875 x 50.000 / 1.000.000 = 93,75 Watt. Für die modifizierte Ausgabe können wir (wenn wir mit Hinblick auf die Vergleichbarkeit das 10-cm Magnetrons aus der Kriegszeit benützen, das auch 50 kW lieferte) annehmen, daß dessen PRF bei 330 Hz liegt: 3 x 330 x 50.000 / 1.000.000 = 49,50 Watt. Es ist also klar in der Leistung unterlegen, wenn man auch die PRF des Radars berücksichtigt, was u.a. Bedeutung für das Signal/Geräusch-Verhältnis hat, das Auskunft darüber gibt, wie gut der Radar schwache Signale verwerten kann.

Der Gerechtigkeit halber muß festgestellt werden, daß der Magnetron-Radar mit einer sehr hohen Leistung in eine Richtung sendet und daß das 3-cm Magnetron eine Impulsleistung von 200 kW hatte. Aber das Magnetron kann nicht für dreidimensionalen Radar gebraucht werden und gerade in der dreidimensionalen Technik hatten die Deutschen einen gewaltigen Vorsprung.

Zum Vergleich: Das erste Magnetron, das in England überhaupt praktisch angewandt wurde, hatte eine Impulsleistung von 10 kW – nach der obigen Formel also eine Sekundenleistung von 9.9 Watt. Telefunken hatte in Deutschland bereits 1938 ein Magnetron, das mit 5 cm Wellenlänge 1 Watt als konstante Leistung abgab. Gegen Ende des Krieges besaß Telefunken Magnetrone, von denen eines bei 9,5 cm 1 MW (Megawatt) Impulsleistung abgab, ein anderes bei 8 mm Wellenlänge 1,5 kW als Impulsleistung. Die Deutschen hatten allerdings Probleme, die die Engländer nicht hatten: Es fehlten in Deutschland Materialien, um gute Magnete zu bauen.

Als, wie oben angeführt, 1943 in Bruneval der Sendekopf einer Würzburg-Anlage gestohlen wurde, wußten die Engländer bestimmt, daß die Deutschen rotierende Radarköpfe in ihren Parabolen benutzten, und sie konnten sich natürlich auch ausrechnen, zu welchem Zweck. Aber das half ihnen nicht weiter, weil sie nicht 50-cm Generatoren mit der erforderlichen Impulsleistung bauen konnten.

Das ist auch der Grund, warum ihnen ihr Wissen über eine noch modernere Ausgabe des Würzburg-Radars nichts nützte, nämlich des Lichtenstein-Radars, der in Flugzeuge eingebaut werden konnte. Die Engländer bekamen 1944 durch einen Zufall eine komplette Ju-88 mit der neuesten Lichtenstein-Anlage an Bord in ihre Hand. Diese Anlage arbeitete nicht mit einem rotierenden Sendekopf, sondern simulierte die Drehung elektronisch. In den USA begann man, mit dieser Technik zu experimentieren, – möglicherweise sogar bevor man von der deutschen Technik erfuhr. In den USA sprach man vom sog. „lobe-switching“, lag aber in der Entwicklung zurück, weil die geeigneten Generatoren fehlten.

Die Amerikaner benutzten die modifizierte Würzburg-Riese-Anlage für Versuche bis 1957, dann landete sie in einem Lager der amerikanischen Marine. Sie wurde 1992 an Deutschland zurückgegeben und darauf in einem Museum aufgestellt. Man hatte 1948 ein deutsches Hochtechnologie-Produkt mit einer Hochfrequenzquelle zusammengekoppelt, die besser in einen Mikrowellenofen gepaßt hätte. Zu dieser Erkenntnis gelangte man schließlich auch.

Der rotierende Dipol, zwecks größerem Suchwinkel
von Extra-Antennen umgeben.

Wie oben erwähnt war ein Würzburg-Riese auch vor 1945 im Originalzustand im Prinzip blind, wenn er sich selbst überlassen war. In der Praxis wurde daher die Würzburg-Anlage mit einer Freya-Anlage zusammengekoppelt, die einen breiteren Suchwinkel als die Würzburg-Anlage hatte, die nur in einem verhältnismäßig schmalen Strahlenkegel „sehen“ konnte. Die Freya-Anlage konnte angeben, wohin die Würzburg-Anlage den Parabol drehen sollte. Mit deren ungeheuer genauen Höhen- und Richtungsmessung konnten die deutschen Jägermaschinen dann in die richtige Position und Höhe dirigiert werden.

Eine andere Lösung bestand darin, die Würzburg-Anlage mit zwei Radarprinzipien gleichzeitig laufen zu lassen. Man brachte dafür zur Höhen- und Seitenbestimmung Antennen für eine etwas längere Wellenlänge in den Brennpunkt des Parabols um den rotierenden Dipol herum. Damit konnte die Würzburg-Anlage zur Seite und in die Höhe „sehen“ und eine grobe Bestimmung der Position der einfliegenden Maschinen vornehmen. Diese Bestimmung erfolgte mit einer wesentlich größeren Reichweite als die ca. 70 km, in denen man um 1943 die Höhen- und Richtungspeilung vornehmen konnte. Der Parabol wurde danach in den richtigen Winkel zwecks genauerer Messung gedreht.

Als man in Deutschland erfuhr, daß die Engländer in Flugzeugen Magnetrone im Frequenzbereich über 1 GHz benutzten, versuchte man nicht, diese in Anlagen für große Reichweiten zu benutzen. Man verglich mit den bekannten deutschen Anlagen für Navigation und Feuerleitung. Diese Versuche fielen nicht zum Vorteil der Magnetron-Anlagen aus.

Die englischen Radaranlagen ersparten übrigens den Deutschen einige Mühen. Man brauchte von deutscher Seite keine Strahlung auszusenden – den brachten die Bombermaschinen selbst mit. Sie hatten einen sog. Rückwarnradar gegen von hinten kommende deutsche Jagdflieger. Wenn der H2S-Radar aktiv war, brauchten die deutschen Jagdflieger nur die sogenannten S- und X-Bänder abzusuchen. Damit konnten sie einfliegende Maschinen orten.


Quelle: Vierteljahreshefte für freie Geschichtsforschung 9(3) (2005), S. 311-319.


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