Ultra Kort

   VHF radio

De middengolf raakt vol

In de dertiger jaren van de vorige eeuw nam het aantal omroepzenders op de middengolf aanzienlijk toe. Om de beschikbare ruimte zo efficiënt mogelijk te benutten was internationaal dan ook afgesproken dat het minimale frequentieverschil tussen twee zenders niet meer dan 9 kHz behoefde te zijn. De ruimte die een zender op de band innam (de “bandbreedte”) mocht dus ook niet meer zijn dan 9 kHz om storing van de naburige zender te voorkomen. Middengolfzenders gebruikten zogenaamde “amplitude modulatie”(AM), waarbij het niveau, de amplitude, van het uitgezonden signaal (de draaggolf) varieerde met de sterkte (amplitude) en in het ritme van de toonhoogte (frequentie) van de spraak of muziek. Een principiële eigenschap van AM is dat de bandbreedte altijd twee keer de uitgezonden frequentie is. Dat betekende dat de hoogste geluidsfrequentie die mocht worden uitgezonden slechts 4500 Hz was, dus ver onder de hoogst hoorbare toonhoogte van 15000 Hz. Dit vormde een aanzienlijke beperking van de geluidskwaliteit.

Omdat de reikwijdte van een middengolfzender sterk afhankelijk was van wisselende atmosferische condities en van het uur van de dag kon men regelmatig storing ondervinden van verafgelegen zenders op dezelfde of op naastgelegen frequenties. Daarbij kwam nog de grote gevoeligheid voor storingen veroorzaakt door atmosferische ontladingen (bliksem, ook op grote afstand), schakelaars, elektromotoren en door verbrandingsmotoren (vonken van bougies). Dit soort storing manifesteert zich namelijk ook als amplitudevariaties op het ontvangen signaal.

De behoefte aan meer ruimte voor meer zenders, aan betere geluidskwaliteit en een lagere storingsgevoeligheid maakte dat men in de dertiger jaren al op zoek ging naar alternatieve oplossingen voor het uitzenden van radioprogramma’s. De voor de hand liggende optie was om gebruik te gaan maken van de tot dan toe nog vrije frequenties boven die van de kortegolf, dus boven de 30 MHz. De vooruitgang in de techniek maakte het in die tijd al wel mogelijk om zenders en ontvangers voor die hogere frequenties te ontwerpen en te bouwen. Het ontbrak echter nog aan voldoende kennis en ervaring over het gedrag en de propagatie eigenschappen van deze zogenaamde “metergolven”. Daarom werd er door het Natuurkundig Laboratorium van Philips van november 1930 tot oktober 1931 een experimentele zender opgesteld in het Carlton Hotel in Amsterdam, onder de roepletters PF7PH. De zender werkte op 7,85 m (ca 40 MHz), met een vermogen van 1 kW en werd gebruikt voor onderzoek naar de beïnvloeding van de ontvangst door gebouwen, reflecties en obstakels in stedelijke gebieden. [Later is de kast van deze zelfde zender gebruikt voor de eerste trap van de 60 KW kortegolfzender die tot 1957 gebruikt is voor PCJ, de voorloper van de Wereldomroep. De zender is nu nog te zien in Eindhoven.] Informatie hierover is te vinden op https://www.philips-historische-producten.nl/

De ultrakortegolf biedt mogelijkheden

Uit diverse onderzoeken en experimenten bleek dat radiogolven zich meer en meer als licht gaan gedragen naarmate de frequentie hoger is. Dat betekent onder andere dat betrouwbare verbindingen alleen mogelijk zijn via direct zicht, d.w.z. dat de antennes van zender en ontvanger elkaar moeten kunnen “zien”. In de praktijk betekent dat bij een zendantennehoogte circa 150 meter een maximale reikwijdte van ongeveer 80 Km. Er zou dus een netwerk van zenders en steunzenders over Nederland moeten worden gebouwd om goede ontvangst in het hele land te garanderen.
Een voordeel van de beperkte reikwijdte is echter wel dat eenzelfde frequentie meerdere malen kan worden gebruikt voor verschillende zenders mits die ver genoeg van elkaar verwijderd staan opgesteld.

In 1961 werd op een internationale conferentie in Stockholm de frequentieband voor omroepzenders vastgelegd. Voor Nederland en de rest van Europa is de band van 87,5 tot 108 MHz bestemd voor omroepzenders. Voor andere landen kunnen kleine verschillen optreden.
Om aan de eis van een betere storingsongevoeligheid te voldoen stapte men over op het principe van de “Frequentie Modulatie” (FM). Bij FM varieert de frequentie van de zender met het geluid. De snelheid van de verandering is een maat voor de toonhoogte en de mate van verandering (de zwaai) is een maat voor de sterkte van de uitgezonden spraak of muziek.
Als je in de ontvanger de amplitude sterk begrenst zodat amplitude variaties en dus ook de storingen niet worden doorgelaten zal je ook veel minder last hebben van die storing. Dit is vooral belangrijk bij autoradio waar de stoorbron (de vonk in de motor) altijd aanwezig is.
 Voor een betere geluidskwaliteit kan nu ook het gehele spectrum van hoorbaar geluid, dus tot 15 kHz worden uitgezonden. Dit levert weliswaar een bandbreedte op van (tegenwoordig met stereo) tot wel 240 kHz (in plaats van de 9 kHz van de AM zenders op de middengolf), maar dit is geen probleem gezien de relatief grote beschikbare frequentieruimte op de FM omroepband. De zenderfrequenties zijn ingedeeld in een raster van 100 kHz.

Een nieuw netwerk van FM zenders

Nozema (de Nederlandse Omroep Zender Maatschappij) en PTT doen vanaf 1950 proeven met FM zenders. In een kaartje uit 1951 van Nozema met een overzicht van alle zenders voor de binnenlandse omroep werd naast de AM zenders een FM zender in Goes vermeld. Deze zond uit op 93,9 MHz met een vermogen van 1 kW. (De toren in Goes was er nog niet, de FM proefzender was op een ander plek). De introductie van de reguliere FM omroepzenders in Nederland begon in 1954. De eerste FM steunzender kwam in Hulsberg bij Maastricht en zond het programma uit van Hilversum 1 op een frequentie van 97,5 MHz. Hierna volgden de steunzenders Hoogezand en Hengelo. Deze zenders hadden een relatief klein vermogen, zo rond de 1 KW en stonden in de gebouwen van de bestaande AM zenders op die locaties en met de antenne in de AM masten.

In 1958 komt de opdracht voor het maken van 2 landelijke FM netten. Dit was het begin van de uitvoering van een tienjarenplan van de Nozema voor de installatie van een netwerk van FM zenders voor een gegarandeerde ontvangst van de twee toenmalige programma’s Hilversum I en II in heel Nederland. Bij de verdere ontwikkeling van het netwerk verdwenen sommige zenders ook weer omdat nieuwe sterke zenders op hoge torens ze overbodig maakten. Voor een compleet landelijk net waren 7 zendstations nodig: Lopik, Wieringen Smilde, Markelo, Goes, Roermond en Hulsberg. Deze zendstations bestaan nog steeds, maar er zijn er vele bijgekomen.

 Voor de ontvangst van de FM zenders waren speciale antennes nodig. Meest gangbaar was de gevouwen dipool, van ongeveer anderhalve meter lang, die de sterkste ontvangst had uit richtingen loodrecht op de antennerichting. Wilde men zenders uit meerdere richtingen kunnen ontvangen dan kon men twee van deze dipolen haaks op elkaar monteren, de zogenaamde “kruisdipool”. Een andere oplossing was de zogenaamde “rondstraler”, een rondgebogen versie van de dipool.
Naarmate men verder van de zender af woonde was het belangrijker om de antenne buiten en zo hoog mogelijk op te stellen om een ruisvrije ontvangst te hebben. Voor de verbinding van de antenne met het radiotoestel moest een speciale platte kabel van ca 14 mm breed met twee aders worden gebruikt, de zogenaamde ” 300 Ohm lintkabel”.

De antenne van de ontvangers waren in het begin altijd horizontaal opgesteld. Dit leverde namelijk minder storingsgevoeligheid op. Om een optimale ontvangst te
krijgen waren de zendantennes daarom ook horizontaal geplaatst. Horizontale polarisatie noemt men dat. Het effect is te vergelijken met twee polaroid brillen achter elkaar: de glazen moeten in dezelfde stand staan. Als je er één 90 graden draait komt er geen licht meer door.
Omdat steeds meer van de FM radio’s thuis waren aangesloten op centrale antennesystemen of kabelnetwerken is men rond 1980 geleidelijk aan overgegaan op verticale polarisatie omdat dat makkelijker was voor  mobiele ontvangst zoals draagbare radio’s en autoradio’s, waarvan de antennes meestal verticale sprieten zijn.

De mogelijkheden breiden zich uit

Eind jaren vijftig deed de stereofonie zijn intrede. Er kwamen stereo platenspelers en LP’s, stereo- radio’s en versterkers en stereo bandrecorders. Maar stereo radiouitzendingen waren nog niet echt mogelijk. Er waren in die jaren wel eens experimentele uitzendingen op de middengolfzenders geweest waarbij de zenders Hilversum 1 en 2 elk een kanaal uitzonden maar dit was te omslachtig om een echte oplossing te zijn. Het inmiddels bijna voltooide netwerk van FM zenders bood ook hier echter nieuwe mogelijkheden. De bestaande FM zenders werden voorzien van een zogenaamde stereo-encoder die het linker en rechter kanaal van een stereoprogramma eerst combineerde tot een “multiplex signaal”. Op die manier konden twee kanalen, één voor links en één voor rechts, over één zender worden uitgezonden. Omdat de bestaande mono ontvangers ook het stereoprogramma, zij het natuurlijk in mono, moesten kunnen ontvangen werd er in de zenders een slimme codering toegepast: het linker plus het rechter kanaal (L+R = een mono signaal) werd uitgezonden op dezelfde manier als bij de mono zenders. Daardoor konden de mono ontvangers het nog steeds goed ontvangen. Daarnaast werd er met dezelfde zender een extra signaal uitgezonden, buiten het hoorbare frequentiegebied, met het linker minus het rechter kanaal (L-R). Een meegezonden “piloottoon” van 19 KHz zorgde ervoor dat de ontvanger overschakelde naar stereo. De mono radio merkt daar niets van maar een stereoradio, met een zogenaamde stereodecoder, kan met behulp van de piloottoon het L-R signaal wel ontvangen (naast het gewone mono signaal). Door dit L-R signaal op te tellen bij het mono L+R signaal blijft alleen het L (linker) kanaal over. Door ook nog eens het L-R signaal van het mono signaal af te trekken blijft alleen het R (rechter) kanaal over. Deze beide kanalen worden vervolgens door een stereoversterker en twee luidsprekers weergegeven. Omdat de doorlaatband van een stereo radio veel breder is dan van een monoradio is een stereo uitzending wel iets gevoeliger voor ruis. Door bij afwezigheid van de piloottoon de stereoradio op mono te schakelen wordt dit nadeel ondervangen bij mono uitzendingen. In de loop der jaren echter werden de ontvangers steeds gevoeliger, waardoor het stereobereik praktisch gelijk werd aan het vroegere monobereik. FM autoradio’s zijn zo slim geworden dat bij slechte ontvangst de bandbreedte geleidelijk wordt verminderd zodat er geen ruis te horen is. Maar het stereo effect word zo wel langzaam de nek omgedraaid.

Nuttige extra’s

Tegenwoordig is het mogelijk om met her radioprogramma ook nog andere nuttige (digitale) informatie mee te sturen. Zo is er het RDS (Radio Data System) signaal met informatie over de naam en frequentie van het station, en over het soort programma. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om een programma te blijven volgen bij lange autoritten. De radio zoekt dan zelf de volgende zender met hetzelfde programma. Voor verkeersinformatie is er het TA/TP signaal dat de radio of een cd speler tijdelijk omschakelt naar een zender met verkeersberichten. Het TMC (Traffic Message Channel) levert actuele verkeersinformatie, bijvoorbeeld voor gebruik in navigatiesystemen. De toevoeging van deze extra informatie heeft er voor gezorgd dat de bandbreedte is toegenomen tot de eerder genoemde 240 kHz.

Digitale radio

FM en Stereo FM zijn analoge technieken en dus, zoals in venster 4 (“Alles in nullen en enen”) wordt uitgelegd, niet geheel vrij van storing, ruis en vervorming. Het is daarom voor de hand liggend dat in het spoor van de grote ontwikkelingen in de digitalisering van beeld en geluid ook gezocht werd naar een alternatief voor FM radio. Dit heeft uiteindelijk geleid tot de standaardisatie van het DAB+ protocol (Digital Audio Broadcasting). Een nieuw netwerk van digitale zenders volgens deze DAB+ standaard is inmiddels uitgerold over Nederland. Ze werken in het gebied van 174 tot 230 MHz. Het aantal stereo radioprogramma’s dat een zender tegelijkertijd kan uitzenden is afhankelijk van de gewenste (geluids)kwaliteit. Bij de laagste kwaliteit, d.w.z. met de laagste bitrate en dus minimale kosten per programma, kunnen er maximaal circa 18 programma’s per zender worden uitgezonden.
Om een volledige dekking met goede kwaliteit mogelijk te maken en alle Nederlandse publieke, commerciële, regionale en lokale programma’s plus nog een groot aantal buitenlandse programma’s te kunnen uitzenden is een uitgebreid netwerk van zenders inmiddels operationeel. Alleen al voor de landelijke uitzendingen van de NPO zijn dat er 46, verdeeld over het hele land, die 13 programma’s uitzenden. Deze programma’s worden door alle zenders op dezelfde frequentie uitgezonden (een zogenaamd SFN, Single Frequency Network) en zijn dus in het hele land gelijk. Regionale en lokale publieke stations maken gebruik van het netwerk dat ook door de commerciële zenders wordt gebruikt. Alles bij elkaar zijn dat aanzienlijk meer  zenders dan voor het FM netwerk, maar de zenders zijn beduidend kleiner in uitgestraald vermogen en er worden veel meer programma’s doorgegeven.
In de toekomst zullen de analoge FM zenders buiten gebruik gesteld worden. Een veelgenoemde termijn hiervoor is ergens tussen 2028 en 2030.

Indeling van de VHF band of ultrakorte golf

De VHF band is het deel van het frequentiespectrum dat loopt van 30 t/m 299.99 MHz. De band is opgedeeld in een aantal frequentiegebieden die elk hun specifieke toepassing hebben. De “van oudsher” gebruikte indeling is:

Band I:
47,0 – 68,0 MHz,    vroeger gebruikt voor analoge TV (kanaal 2, 3 en 4) tegenwoordig voor militaire toepassingen,
Band II:
87,5 – 108,0 MHz,  gebruikt voor FM radio omroep
Band III:
174 – 230 MHz,    vroeger gebruikt voor analoge TV, (kanaal 5 t/m 12) tegenwoordig voor digitale audio omroep (DAB+)
De luchtvaartband:
108 – 118 MHz,    gebruikt voor radionavigatie en landingssystemen
118 – 138 MHz,    gebruikt voor radio communicatie en verkeersleiding    

De marifoonband:
156 – 162MHz,    gebruikt voor verkeer met en tussen schepen op de binnen- en kustwateren.

Amateurbanden:
50,0 – 52,0 MHz,        6 meterband, gebruikt door radiozendamateurs
70,0 – 70,2 MHz,        4 meterband, gebruikt door radiozendamateurs
144,0 – 146,0 MHz,    2 meterband, gebruikt door radiozendamateurs

De mobilofoonbanden van 70 tot 87,5 MHz en van 162 tot 170 MHz waren vroeger in gebruik voor telefoonverkeer met en tussen taxi’s, hulpdiensten etc. Door de komst van de GSM zijn deze banden vrijwel buiten gebruik geraakt.

Bronnen

Philips Technisch Tijdschrift jan. 1938  [artikel over de Carlton experimenten]

Radio Expres 1 mei 1931, [foto van de Carlton zender].

Stichting Behoud Historische Producten, Eindhoven,  www.sbhp.nl

Omroep Zender Museum, IJsselstein,  www.omroepzendermuseum.nl

Wikipedia