Низкая частота ( LF ) — обозначение ITU [1] для радиочастот (RF) в диапазоне 30–300 кГц . Поскольку его длины волн колеблются в пределах 10–1 км соответственно, его еще называют километровым диапазоном или километровой волной .
НЧ-радиоволны имеют низкое затухание сигнала , что делает их пригодными для связи на больших расстояниях. В Европе, а также в некоторых регионах Северной Африки и Азии часть НЧ-спектра используется для АМ-вещания как « длинноволновой » диапазон. В западном полушарии его основное применение — авиационные маяки, навигационные ( ЛОРАН ), информационные и погодные системы. Этот диапазон также используется в ряде передач сигналов времени. Основным способом передачи, используемым в этом диапазоне, являются земные волны , при которых низкочастотные радиоволны распространяются чуть выше поверхности Земли, следуя за рельефом местности. НЧ-земные волны могут перемещаться по холмам и за горизонт на расстояние до нескольких сотен километров от передатчика.
Из-за своей большой длины волны низкочастотные радиоволны могут дифрагировать над препятствиями, такими как горные хребты, и выходить за горизонт, следуя контуру Земли. Этот режим распространения, называемый земной волной , является основным режимом в диапазоне LF. [2] Земные волны должны быть вертикально поляризованными ( электрическое поле вертикальное, а магнитное поле горизонтальное), поэтому для передачи используются вертикальные монопольные антенны . Расстояние передачи ограничено поглощением земных волн на Земле. Затухание мощности сигнала с расстоянием ниже, чем на более высоких частотах. Низкочастотные земные волны можно принимать на расстоянии до 2000 километров (1200 миль) от передающей антенны.
Низкочастотные волны также могут иногда перемещаться на большие расстояния за счет отражения от ионосферы (фактический механизм — это преломление ) , хотя этот метод, называемый небесной волной или «пропускным» распространением, не так распространен, как на более высоких частотах. Отражение происходит в слое E или F ионосферы . Сигналы небесной волны могут быть обнаружены на расстоянии более 300 километров (190 миль) от передающей антенны. [3]
AM-вещание разрешено в длинноволновом диапазоне на частотах от 148,5 до 283,5 кГц в Европе и некоторых частях Азии.
В Европе и Японии многие недорогие потребительские устройства с конца 1980-х годов содержат радиочасы с НЧ-приемником этих сигналов. Поскольку эти частоты распространяются только посредством земной волны , на точность сигналов времени не влияют различные пути распространения между передатчиком, ионосферой и приемником. В США такие устройства стали доступны для массового рынка только после увеличения выходной мощности WWVB в 1997 и 1999 годах.
Радиосигналы частотой ниже 50 кГц способны проникать на глубину океана примерно до 200 метров, чем длиннее длина волны, тем глубже. Военно-морские силы Великобритании, Германии, Индии, России, Швеции, США [4] и, возможно, других стран общаются с подводными лодками на этих частотах.
Кроме того, атомные подводные лодки Королевского военно-морского флота , несущие баллистические ракеты, предположительно имеют постоянный приказ контролировать передачу BBC Radio 4 на частоте 198 кГц в водах вблизи Великобритании. Ходят слухи, что они должны истолковать внезапную остановку передач, особенно утренней программы новостей « Сегодня» , как индикатор того, что Великобритания подверглась нападению, после чего их засекреченные приказы вступят в силу. [5]
Соединенные Штаты имеют четыре низкочастотные станции, поддерживающие связь со своими подводными силами: Агуада, Пуэрто-Рико , Кеблавик, Исландия , Авасе, Окинава и Сигонелла, Италия , используя твердотельные передатчики AN/FRT-95.
В США аварийная сеть наземных волн или GWEN работала в диапазоне от 150 до 175 кГц, пока в 1999 году ее не заменили системы спутниковой связи. GWEN представляла собой наземную военную систему радиосвязи, которая могла выжить и продолжать работать даже в случае ядерного удара. атака.
Всемирная конференция радиосвязи 2007 года (ВКР-07) распределила радиолюбительскую радиосвязь по всему миру в этом диапазоне. Международное распределение 2,1 кГц, полоса 2200 метров (от 135,7 до 137,8 кГц), доступна радиолюбителям в нескольких странах Европы, [6] Новой Зеландии, Канаде, США, [7] и французских заморских территориях.
Мировой рекорд расстояния двустороннего контакта составляет более 10 000 км от Владивостока до Новой Зеландии . [8] Помимо обычного кода Морзе многие операторы используют очень медленный код Морзе, управляемый компьютером ( QRSS ), или специальные режимы цифровой связи.
Великобритания выделила полосу спектра шириной 2,8 кГц от 71,6 кГц до 74,4 кГц, начиная с апреля 1996 года, британским любителям, которые подали заявку на уведомление об изменении, чтобы использовать полосу на основе отсутствия помех с максимальной выходной мощностью 1 Вт ERP . Оно было отменено 30 июня 2003 года после ряда расширений в пользу гармонизированной в Европе полосы 136 кГц. [9] Очень медленный код Морзе от G3AQC в Великобритании был принят на расстоянии 3275 миль (5271 км) через Атлантический океан W1TAG в США 21-22 ноября 2001 года на частоте 72,401 кГц. [10]
В Соединенных Штатах в правилах FCC Part 15 есть исключение, разрешающее нелицензионную передачу в диапазоне частот от 160 до 190 кГц. Любители длинноволнового радио называют этот диапазон « LowFER », а экспериментаторы и их передатчики называют « LowFER ». Этот диапазон частот от 160 до 190 кГц также называется диапазоном 1750 метров. Требования 47CFR15.217 и 47CFR15.206 включают:
Многие экспериментаторы в этом диапазоне являются радиолюбителями. [11]
Регулярной службой, передающей морскую метеорологическую информацию в формате RTTY в коде SYNOP на LF, является Немецкая метеорологическая служба ( Deutscher Wetterdienst или DWD). DWD управляет станцией DDH47 на частоте 147,3 кГц, используя стандартный алфавит ITA-2, скорость передачи 50 бод и модуляцию FSK со сдвигом 85 Гц. [12]
В тех частях мира, где нет службы длинноволнового радиовещания, ненаправленные маяки, используемые для аэронавигации, работают на частоте 190–300 кГц (и выше, в диапазоне СВ). В Европе, Азии и Африке распределение NDB начинается с 283,5 кГц.
Радионавигационная система «ЛОРАН - С» работала на частоте 100 кГц.
Раньше система Decca Navigator работала в диапазоне от 70 до 129 кГц. Последние сети Decca были закрыты в 2000 году.
Передатчики дифференциальной телеметрии GPS работают в диапазоне от 283,5 до 325 кГц. [13]
Коммерческая радионавигационная система Datatrak работает на нескольких частотах, варьирующихся в зависимости от страны, от 120 до 148 кГц.
Некоторые метки радиочастотной идентификации ( RFID ) используют LF. Эти теги широко известны как LFID или LowFID (низкочастотная идентификация). RFID-метки LF представляют собой устройства ближнего действия.
Поскольку земные волны, используемые в этом диапазоне, требуют вертикальной поляризации , для передачи используются вертикальные антенны. Мачтовые радиаторы являются наиболее распространенными: они либо изолированы от земли и питаются снизу, либо иногда питаются через растяжки. Т-образные и перевернутые L-антенны используются, когда высота антенны является проблемой. Из-за больших длин волн в этом диапазоне почти все НЧ-антенны электрически короткие , короче одной четверти излучаемой длины волны, поэтому их низкая радиационная стойкость делает их неэффективными, требуя заземления и проводников с очень низким сопротивлением, чтобы избежать рассеивания мощности передатчика. Этим электрически коротким антеннам необходимы нагрузочные катушки в основании антенны, чтобы привести их в резонанс. Многие типы антенн, такие как зонтичная антенна , а также L- и Т-образные антенны, используют емкостную верхнюю загрузку («цилиндр») в виде сети горизонтальных проводов, прикрепленных к верхней части вертикального излучателя. Емкость повышает эффективность антенны за счет увеличения тока без увеличения ее высоты.
Высота антенн различается в зависимости от использования. Для некоторых ненаправленных маяков (NDB) высота может составлять всего 10 метров, тогда как для более мощных навигационных передатчиков, таких как DECCA , используются мачты высотой около 100 метров. Т-образные антенны имеют высоту от 50 до 200 метров, а высота мачтовых антенн обычно превышает 150 метров.
Высота мачтовых антенн LORAN-C составляет около 190 метров для передатчиков с излучаемой мощностью менее 500 кВт и около 400 метров для передатчиков мощностью более 1000 киловатт. Основной тип антенны LORAN-C изолирован от земли.
Станции НЧ (длинноволнового) вещания используют мачтовые антенны высотой более 150 метров или Т-антенны. Мачтовые антенны могут представлять собой изолированные мачты с заземлением или заземленные мачты с верхним питанием. Также возможно использование решетчатых антенн на заземленных мачтах.
Для радиовещательных станций часто требуются направленные антенны. Они состоят из нескольких мачт, часто имеющих одинаковую высоту. Некоторые длинноволновые антенны состоят из нескольких мачтовых антенн, расположенных по кругу с мачтовой антенной в центре или без нее. Такие антенны фокусируют передаваемую мощность на землю и обеспечивают большую зону приема без затухания. Антенны этого типа используются редко, поскольку они очень дороги и требуют много места, а также потому, что замирания на длинных волнах происходят гораздо реже, чем на средних волнах. Одна такая антенна использовалась передатчиком Орлунда в Швеции.
Для приема используются длинные проволочные антенны или чаще ферритовые рамочные антенны из-за их небольших размеров. Радиолюбители добились хорошего приема НЧ, используя активные антенны с короткой штыревой антенной.
НЧ передающие антенны для передатчиков большой мощности требуют большого пространства и стали причиной разногласий в Европе и США из-за опасений по поводу возможных опасностей для здоровья, связанных с воздействием радиоволн на человека .
{{cite journal}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite episode}}: Отсутствует или пусто |series=( помощь ){{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)Низкочастотный экспериментатор Лоуренс «Лори» Мэйхед, G3AQC, добавил в свой список еще одно достижение в области НЧ — трансатлантический прием своего сигнала на частоте 73 кГц.
[...] Мэйхед сообщает, что в ночь с 21 на 22 ноября его сигнал на частоте 72,401 кГц был принят в США.
«Мне удалось передать полный позывной Джону Эндрюсу, W1TAG, в Холдене, штат Массачусетс», — сказал он.
Мэйхед использовал двухчастотный CW (или DFCW) с элементами длительностью две минуты, а Эндрюс обнаружил его сигнал с помощью программного обеспечения ARGO DSP.
{{cite web}}: CS1 maint: numeric names: authors list (link){{cite book}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link) CS1 maint: numeric names: authors list (link)