stringtranslate.com

Низкая частота

Низкая частота ( LF ) — обозначение МСЭ [1] для радиочастот (RF) в диапазоне 30–300  кГц . Поскольку его длины волн находятся в диапазоне от 10–1  км , соответственно, его также называют километровым диапазоном или километровой волной .

НЧ-радиоволны демонстрируют низкое затухание сигнала , что делает их подходящими для дальней связи. В Европе и районах Северной Африки и Азии часть НЧ-спектра используется для AM-вещания как « длинноволновый » диапазон. В западном полушарии его основное применение — для авиационных маяков, навигации ( LORAN , в основном не функционирует), информационных и погодных систем. Ряд передач сигналов времени также используют этот диапазон. Основным режимом передачи, используемым в этом диапазоне, являются земные волны , в которых НЧ-радиоволны распространяются прямо над поверхностью Земли, следуя рельефу местности. НЧ-земные волны могут распространяться по холмам и могут распространяться далеко за горизонт, до нескольких сотен километров от передатчика.

Распространение

Атмосферный радиошум увеличивается с уменьшением частоты. В диапазоне LF и ниже он намного выше теплового шума, вводимого усилительными схемами в приемнике, поэтому слабые сигналы могут свободно усиливаться для компенсации без ощутимого увеличения шума ( см. SNR ). Следовательно, для приема подходят даже неэффективные антенны, намного меньшие длины волны.

Из-за большой длины волны низкочастотные радиоволны могут преломляться над препятствиями, такими как горные хребты, и распространяться за горизонт, следуя контуру Земли. Этот режим распространения, называемый земной волной , является основным режимом в диапазоне НЧ. [2] Земные волны должны быть вертикально поляризованы ( электрическое поле вертикально, а магнитное поле горизонтально), поэтому для передачи используются вертикальные монопольные антенны . Расстояние передачи ограничено поглощением земных волн в Земле. Затухание силы сигнала с расстоянием ниже, чем на более высоких частотах. Низкочастотные земные волны могут быть приняты на расстоянии до 2000 километров (1200 миль) от передающей антенны.

Низкочастотные волны также могут иногда распространяться на большие расстояния, отражаясь от ионосферы (фактический механизм — это рефракция ), хотя этот метод, называемый распространением небесной волны или «пропусканием», не так распространен, как на более высоких частотах. Отражение происходит в ионосферном слое E или слоях F. Сигналы небесной волны могут быть обнаружены на расстоянии более 300 километров (190 миль) от передающей антенны. [3]

Использует

Радиовещание

AM-вещание разрешено в диапазоне длинных волн на частотах от 148,5 до 283,5 кГц в Европе и некоторых частях Азии.

Стандартные сигналы времени

Радиочасы НЧ

В Европе и Японии многие недорогие потребительские устройства с конца 1980-х годов содержали радиочасы с НЧ-приемником для этих сигналов. Поскольку эти частоты распространяются только земной волной , точность сигналов времени не зависит от различных путей распространения между передатчиком, ионосферой и приемником. В Соединенных Штатах такие устройства стали доступны для массового рынка только после того, как выходная мощность WWVB была увеличена в 1997 и 1999 годах.

JJY вела вещание на той же частоте, но имела похожий таймкод .

Военный

Радиосигналы ниже 50 кГц способны проникать в глубины океана примерно до 200 метров (660 футов); чем больше длина волны, тем глубже они проникают. Британские, немецкие, индийские, российские, шведские, американские [4] и, возможно, другие флоты общаются с подводными лодками на этих частотах.

Кроме того, атомные подводные лодки Королевского флота, несущие баллистические ракеты, якобы имеют постоянный приказ контролировать передачу BBC Radio 4 на частоте 198 кГц в водах около Великобритании. Ходят слухи, что они должны истолковать внезапную остановку передачи, особенно утренней новостной программы Today , как признак того, что Великобритания подверглась нападению, после чего их запечатанные приказы вступают в силу. [5]

У США есть четыре низкочастотные станции, поддерживающие связь со своими подводными силами: Агуада, Пуэрто-Рико , Кефлавик, Исландия , Авасе, Окинава , и Сигонелла, Италия , использующие твердотельные передатчики AN/FRT-95.

В США сеть аварийной связи Ground Wave Emergency Network (GWEN) работала в диапазоне частот от 150 до 175 кГц, пока в 1999 году ее не заменили системы спутниковой связи. GWEN была наземной военной системой радиосвязи, которая могла выжить и продолжить работу даже в случае ядерной атаки.

Экспериментальный и любительский

Всемирная конференция радиосвязи 2007 года  (ВКР-07) выделила этот диапазон радиолюбителям по всему миру. Международное распределение 2,1 кГц, диапазон 2200 метров (135,7–137,9 кГц) доступен радиолюбителям в нескольких странах Европы, [6] Новой Зеландии, Канаде, США [7] и заморских владениях Франции.

Мировой рекорд расстояния двусторонней связи составляет более 10 000 км от Владивостока до Новой Зеландии . [8] Наряду с обычной азбукой Морзе многие операторы используют очень медленную управляемую компьютером азбуку Морзе (так называемую «QRSS» ) или специализированные цифровые режимы связи.

Великобритания выделила полоску спектра шириной 2,8 кГц от 71,6 кГц до 74,4 кГц, начиная с апреля 1996 года, для любителей Великобритании, которые подали заявку на получение уведомления об изменении для использования диапазона на основе невмешательства с максимальной выходной мощностью 1 Вт  ERP . Это было отозвано 30 июня 2003 года после ряда расширений в пользу кросс-европейского стандартного диапазона 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. [a]

В Соединенных Штатах существует исключение в рамках правил FCC Часть 15, разрешающее нелицензированные передачи в диапазоне частот 160–190 кГц. Любители длинноволновой радиосвязи называют это диапазоном « LowFER », а экспериментаторы и их передатчики называют « LowFER ». Этот диапазон частот между 160 кГц и 190 кГц также называют диапазоном 1 750 метров . Требования [11] включают в себя:

Многие экспериментаторы в этом диапазоне являются радиолюбителями. [12]

Передачи метеорологической информации

Регулярной службой, передающей RTTY морскую метеорологическую информацию в коде SYNOP на LF, является Немецкая метеорологическая служба ( Deutscher Wetterdienst или DWD). DWD использует станцию ​​DDH47 на частоте 147,3 кГц, используя стандартный алфавит ITA-2 со скоростью передачи 50  бод и модуляцию FSK со сдвигом 85 Гц. [13]

Радионавигационные сигналы

В тех частях мира, где нет длинноволнового вещания, ненаправленные радиомаяки, используемые для аэронавигации, работают на частотах 190–300 кГц (и далее в диапазоне СВ). В Европе, Азии и Африке распределение NDB начинается с 283,5 кГц.

Радионавигационная система LORAN - C работала на частоте 100 кГц.

В прошлом система Decca Navigator работала в диапазоне от 70 кГц до 129 кГц. Последние сети Decca были закрыты в 2000 году.

Дифференциальные передатчики телеметрии GPS работают в диапазоне частот от 283,5 до 325 кГц. [14]

Коммерческая радионавигационная система « Datatrak » работает на нескольких частотах, которые различаются в зависимости от страны, в диапазоне 120–148 кГц.

Другие приложения

Некоторые метки радиочастотной идентификации ( RFID ) используют LF. Эти метки обычно известны как LFID или LowFID (низкочастотная идентификация). Метки LF RFID являются устройствами ближнего поля , взаимодействующими с индуктивным ближним полем , а не с излучаемыми волнами (радиоволнами), которые являются единственной частью электромагнитного поля, которая сохраняется в дальнем поле. Таким образом, они технически не являются ни радиоустройствами, ни радиоантеннами, хотя они работают на радиочастотах и ​​называются « антеннами» в торговле RFID, но не в радиотехнике . Более правильно и технически более информативно думать о них как о вторичных катушках очень слабосвязанных трансформаторов .

Антенны

Поскольку земные волны, используемые в этом диапазоне, требуют вертикальной поляризации , для передачи используются вертикальные антенны. Наиболее распространены мачтовые излучатели , либо изолированные от земли и питаемые снизу, либо иногда питаемые через растяжки. Т-образные антенны и перевернутые Г-образные антенны используются, когда высота антенны является проблемой.

Передающие антенны НЧ для мощных передатчиков требуют большого пространства и стали причиной споров в Европе и США из-за опасений относительно возможных опасностей для здоровья, связанных с воздействием радиоволн на человека .

Длинноволновые приемные антенны

Недорогой кварцевый приемник НЧ- сигнала времени с использованием ферритовой рамочной антенны .

Требования к антенне для приема LF гораздо скромнее, чем для передачи. Хотя иногда используются нерезонансные антенны с длинным проводом, ферритовые рамочные антенны гораздо более популярны из-за их небольшого размера.

Радиолюбители добились хорошего приема на НЧ с помощью активных антенн : короткой штыревой антенны со встроенным предварительным усилителем .

Высота антенны

Из-за длинных волн в диапазоне почти все LF-антенны электрически короткие , короче четверти излучаемой длины волны, поэтому их низкое сопротивление излучения делает их неэффективными, требуя заземления и проводников с очень низким сопротивлением, чтобы избежать рассеивания мощности передатчика. Эти электрически короткие антенны нуждаются в нагрузочных катушках у основания антенны, чтобы привести их в резонанс. Многие типы антенн, такие как зонтичная антенна и L- и T-антенна, используют емкостную верхнюю нагрузку («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 быть всего 10 метров, в то время 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, в то время как мачтовые антенны обычно выше 150 метров.

Высота мачтовых антенн для LORAN-C составляет около 190 метров для передатчиков с излучаемой мощностью менее 500 кВт и около 400 метров для передатчиков более 1 000 кВт. Основной тип антенн LORAN-C — изолированный от земли.

НЧ (длинноволновые) вещательные станции используют мачтовые антенны высотой более 150 метров или Т-образные антенны . Мачтовые антенны могут быть изолированными мачтами с питанием от земли или заземленными мачтами с питанием сверху. Также возможно использование антенн-клеток на заземленных мачтах.

Направленные антенные решетки

Для вещательных станций часто требуются направленные антенны. Они состоят из нескольких мачт, которые часто имеют 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 дают большую зону приема без затухания. Этот тип антенн используется редко, потому что они очень дороги и требуют много места, а также потому, что затухание на длинных волнах происходит гораздо реже, чем в диапазоне средних волн. Одна из таких антенн использовалась передатчиком Orlunda в Швеции.

Сноски

  1. ^ Экспериментатор на низких частотах Лоуренс «Лори» Мэйхед, G3AQC, добавил еще одно достижение на низких частотах в свой список — трансатлантический прием его 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, Массачусетс», — сказал он. Мэйхед использовал двухчастотный CW — или DFCW — с элементами длиной в две минуты; Эндрюс обнаружил его сигнал с помощью программного обеспечения ARGO DSP. — ARRL, ноябрь 2001 г. [10]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Rec. ITU-R V.431-7, Номенклатура диапазонов частот и длин волн, используемых в телекоммуникациях" (PDF) . ITU. Архивировано из оригинала (PDF) 31 октября 2013 г. . Получено 20 февраля 2013 г. .
  2. ^ Сейболд, Джон С. (2005). Введение в распространение радиоволн. John Wiley and Sons. С. 55–58. ISBN 0471743682. Архивировано из оригинала 16 апреля 2021 г. . Получено 30 ноября 2020 г. – через Google books.
  3. ^ Мелиа, Алан (G3NYK). «Понимание распространения НЧ». Radcom . Т. 85, № 9. Бедфорд, Великобритания: Радиообщество Великобритании . стр. 32.{{cite magazine}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
  4. ^ "Very Low Frequency (VLF)". United States Nuclear Forces. fas.org . 1998. Архивировано из оригинала 27 декабря 2007. Получено 9 января 2008 .
  5. ^ "The Human Button". Today . 2 декабря 2008 г. BBC . BBC Radio 4. Архивировано из оригинала 3 февраля 2011 г. Получено 6 августа 2011 г.
  6. ^ "Использование полосы 135,7–137,8 кГц любительской службой". Рекомендация ERC 62-01 E (Отчет). Майнц, Германия: Европейская конференция почтовых и телекоммуникационных администраций (CEPT). 1997. Рекомендация ERC 62-01 E .
  7. ^ Regulatory Band Chart (PDF) (диаграмма / графика) (11×17″ цветная ред.). Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . 22 сентября 2017 г. Архивировано (PDF) из оригинала 11 ноября 2020 г. Получено 26 ноября 2020 г.
  8. ^ "QSO ZL / UA0 на 136 кГц". Мир LF. wireless.org.uk . Архивировано из оригинала 29 сентября 2007 года . Получено 1 июня 2006 года .
  9. ^ "UK Spectrum Strategy 2002" (пресс-релиз). Ofcom . 16 сентября 2016 г. Архивировано из оригинала 30 сентября 2007 г. Получено 5 июня 2006 г.
  10. ^ "G3AQC's signal охватывает Атлантику на 73 кГц!". Письмо ARRL . Ньюингтон, Коннектикут: Американская лига радиорелейной связи . 30 ноября 2001 г. Архивировано из оригинала 12 января 2014 г. Получено 12 января 2014 г.
  11. ^ "§ 15.217 Работа в диапазоне 160–190 кГц ( 47 CFR 15.217 )". Часть 15 — Радиочастотные устройства. ecfr.gov (Отчет). Электронный кодекс федеральных правил. 47 CFR 15.217 ( 47 CFR 15.206 ) . Получено 17 марта 2024 г.[ неудачная проверка ] Указанный раздел 47 CFR 15.206 отсутствует/удален: идентификатор раздела §15.205 переходит к §15.207.
  12. ^ "Часть 15 — Радиочастотные устройства". Федеральный регистр. Архивировано из оригинала 26 июля 2014 года . Получено 21 июля 2014 года .
  13. ^ "DWD Sendeplan". Архивировано из оригинала 30 июля 2012 года . Получено 8 января 2008 года .
  14. ^ Гейл, Алан (G4TMV) (2011). Всемирная база данных DGPS для DXers (PDF) (Отчет). 4.6. Архивировано из оригинала (PDF) 21 июля 2011 г. Получено 14 января 2008 г. – через ndblist.info.{{cite report}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки