Кіріспе

Электромагниттік спектрдің 30-300 кГц диапазоны

Төмен жиілікті (ТЖ) радиожиіліктерді (РЖ) 30–300 кГц диапазонында Халықаралық телекоммуникация одағы (ITU) белгілейді. Оның толқын ұзындығы 10–1 км аралығында болғандықтан, бұл диапазон километрлік толқын немесе километрлік белдеу деп те аталады. ТЖ радио толқындары сигналдың әлсіреуі төмен болғандықтан, оларды ұзақ қашықтыққа байланыс үшін пайдалануға болады. Еуропа, Солтүстік Африка және Азия аймақтарында ТЖ спектрінің бір бөлігі АМ хабар тарату үшін "ұзын толқын" диапазоны ретінде қолданылады. Батыс жарты шарында оның негізгі қолданылуы – ұшақтардың маяктары, навигация (көптеген LORAN жүйелері тоқтатылған), ақпарат және ауа райы жүйелері. Сондай-ақ, уақыт сигналын тарату үшін де осы диапазон қолданылады. Бұл диапазонды қолданудың негізгі тәсілі – жер толқындары, онда ТЖ радио толқындары Жер бетіне жақын, жер бедерін бойлай жүреді. ТЖ жер толқындары төбелерден өте алады және көкжиектен әлдеқайда ұзаққа, хабар таратушыдан бірнеше жүз шақырымға дейін жете алады.

Көбейту

Ұзын толқын ұзындығының арқасында, төмен жиілікті радио толқындар таулар сияқты кедергілерден дифракцияланып, Жер бетінің контурын бойлай көкжиектен әрі қашықтарға жете алады. Осы таралу түрі "жер толқыны" деп аталады және LF диапазонындағы басты режим болып табылады. Жер толқындары тік поляризацияланған болуы керек (электр өрісі тік, ал магнит өрісі көлденең), сондықтан беріліс үшін тік монопольдік антенналар қолданылады. Тарату қашықтығы Жердің жер толқындарын жұтуымен шектеледі. Сигнал күшінің қашықтыққа байланысты әлсіреуі жоғары жиіліктерге қарағанда төмен. Төмен жиілікті жер толқындарын беріліс антеннасынан дейін қабылдауға болады. Төмен жиілікті толқындар кейде ионосферадан шағылысу арқылы ұзақ қашықтықтарға жете алады (нақты механизмі - сыну), бірақ бұл әдіс, "аспан толқыны" немесе "саңғылау" таралуы деп аталады, жоғары жиіліктердегідей жиі кездеспейді. Шағылысу ионосфераның E немесе F қабаттарында жүзеге асады. Аспан толқыны сигналдарын беріліс антеннасынан асып түсетін қашықтықта анықтауға болады.

Радио хабарларын тарату

АМ радио хабарларын тарату Еуропа мен Азияның кейбір бөліктерінде 148,5 және 283,5 кГц жиіліктеріндегі ұзын толқын диапазонында рұқсат етіледі.

Стандартты уақыт сигналдары

Еуропа мен Жапонияда 1980 жылдардың соңынан бері көптеген төмен бағалы тұтынушылық құрылғыларында осы сигналдарды қабылдау үшін LF қабылдағышы бар радиосағаттар кездеседі. Бұл жиіліктер тек жер бетінен таралатындықтан, уақыт сигналдарының дәлдігіне таратушы, ионосфера және қабылдағыш арасындағы таралу жолдарының өзгеруі ешқандай әсер етпейді. АҚШ-та мұндай құрылғылар 1997 және 1999 жылдары WWVB станциясының қуатын арттырғаннан кейін ғана кеңінен қолжетімді болды. JJY станциясы да дәл сол жиілікте хабар таратты, бірақ уақыт коды ұқсас болды.

Әскери

Радиосигналдар 50 кГц-тен төмен мұхит тереңдігіне шамамен жете алады; толқын ұзындығы неғұрлым ұзын болса, соғұрлым тереңірек сіңеді. Британдық, неміс, үнді, орыс, швед, америкалық және, мүмкін, басқа да әскери-теңіз күштері осы жиіліктер арқылы су асты кемелерімен байланыс жасайды. Сонымен қатар, Корольдік теңіз күштерінің баллистикалық зымырандарды тасымалдайтын ядролық су асты кемелері Ұлыбританияға жақын суларда 198 кГц жиілігінде BBC Radio 4 хабарларын тыңдауға тұрақты бұйрық алған. Олар, әсіресе, таңертеңгі жаңалықтар бағдарламасы «Today» кенеттен тоқтатылса, Ұлыбританияға шабуыл жасалып жатқанының белгісі деп есептейді, содан кейін олардың жабық бұйрықтары орындалуға кіріседі. АҚШ-тың су асты кемелерімен байланыс ұстайтын төрт LF станциясы бар: Агуада (Пуэрто-Рико), Кефлавик (Исландия), Авасе (Окинава) және Сигонелла (Италия), олар AN/FRT 95 типті қатты күйдегі хабар таратушыларын пайдаланады. АҚШ-та 150 және 175 кГц жиіліктерінде Жер толқынынан зардап шеккендер желісі немесе GWEN жұмыс істеді, бірақ 1999 жылы спутниктік байланыс жүйелерімен алмастырылды. GWEN – ядролық шабуыл болған жағдайда да жұмыс істей алатын құрлықтағы әскери радиобайланыс жүйесі.

Метеорологиялық ақпарат тарату

LF жиілігінде SYNOP кодында теңіз метеорологиялық ақпаратын RTTY арқылы үздіксіз таратуды жүзеге асыратын қызмет – Германияның метеорологиялық қызметі (Deutscher Wetterdienst немесе DWD). DWD 147,3 кГц жиілігінде стандартты ITA 2 әліпбиін қолдана отырып, 50 бауд жылдамдықпен және 85 Гц жиілік ауытқуы бар FSK модуляциясымен DDH47 станциясын пайдаланады.

Радио навигациялық сигналдар

Әлемнің ұзын толқынды хабар тарату қызметі жоқ аймақтарында, әуе навигациясы үшін қолданылатын бағытталмаған маяктар 190–300 кГц (және одан әрі Орта толқынды жолақта) жиілікте жұмыс істейді. Еуропа, Азия және Африкада NDB жиіліктері 283,5 кГц-тен басталады. LORAN C радио навигациялық жүйесі 100 кГц жиілікте жұмыс істеді. Бұрын Decca Navigator жүйесі 70 кГц мен 129 кГц аралығында жұмыс істеген. Соңғы Decca тізбектері 2000 жылы тоқтатылды. Дифференциалдық GPS телеметриялық хабар таратушылары 283,5 және 325 кГц аралығында жұмыс істейді. Коммерциялық "Datatrak" радио навигациялық жүйесі елдерге қарай өзгешеленетін, 120–148 кГц аралығындағы бірнеше жиіліктерде жұмыс істейді.

Басқа қолданбалар

Кейбір радиожиіліктік идентификация (RFID) таңбалары LF қолданады. Бұл таңбалар әдетте LFID немесе LowFID (төмен жиілікті идентификация) деп аталады. LF RFID таңбалары жақын өрістік құрылғылар болып табылады, олар сәулеленген толқындармен (радио толқындарымен) емес, индуктивтік жақын өріспен өзара әрекеттеседі – бұл электромагниттік өрістің алыс өріске дейін сақталатын жалғыз бөлігі. Осы себепті, олар техникалық тұрғыдан радио құрылғылары немесе радио антенналары емес, тіпті радио жиіліктерінде жұмыс істесе де. RFID саласында оларды "антенналар" деп атағанмен, радиотехникада олай емес. Оларды өте бос байланысқан трансформаторлардың екіншілік катушкалары ретінде қарастыру дұрыс және техникалық жағынан көбірек мәлімет береді.

Антенналар

Бұл жолақта қолданылатын жер толқындары тік поляризацияны талап ететіндіктен, тарату үшін тік антенналар қолданылады. Маст радиаторлары ең көп таралған, олар жерден оқшауланып, төменгі жағынан қоректендіріледі немесе кейде сымдар арқылы қоректендіріледі. Антенна биіктігі шектеулі болған жағдайда Т-тәрізді және кері L-тәрізді антенналар қолданылады. Жоғары қуатты таратушыларға арналған төмен жиілікті антенналарға үлкен аумақ қажет, және Еуропа мен Америка Құрама Штаттарында радиотолқындарға ұшыраудың адам денсаулығына әсеріне қатысты алаңдаушылықтар тудырған.

Ұзын толқын қабылдағыш антенналар

Төмен жиілікті (LF) қабылдау үшін антенна талаптары таратуға қарағанда әлдеқайда төмен. Резонанссыз ұзын сымды антенналар кейде қолданылса да, ферриттік орамды антенналар кіші өлшемдеріне байланысты әлдеқайда танымал. Әуесқой радио операторлары белсенді антенналарды пайдаланып, жақсы LF қабылдауға қол жеткізді: кіріктірілген күшейткіші бар қысқа сымды антенна.

Антеннаның биіктігі

Топтағы ұзын толқын ұзындығының болуына байланысты, барлық LF антенналары электрлік тұрғыдан қысқа болады, сәулеленген толқын ұзындығының төрттен бірінен де қысқа, сондықтан олардың төмен сәулелену кедергісі тиімсіздікке алып келеді, трансляциялық қуаттың ысырап болуын болдырмау үшін өте төмен кедергілі жер және өткізгіштер қажет. Бұл электрлік қысқа антенналарды резонансқа келтіру үшін антенна табанында зарядтау орамдарын қолдану қажет. Көптеген антенна түрлері, мысалы, «зонт» антеннасы және L және T антенналары, вертикальды сәулелендіргіштің жоғарғы бөлігіне бекітілген көлденең сымдар желісі түрінде сыйымдылықты жоғарғы жүктемені («қалпақ») пайдаланады. Сыйымдылық антеннаның биіктігін арттырмай, токты арттыру арқылы оның тиімділігін жақсартады. Антенналардың биіктігі қолданылуына қарай өзгереді. Кейбір бағытсыз радиомаяктардың (NDB) биіктігі 10 метрге дейін төмен болуы мүмкін, ал DECCA сияқты қуатты навигациялық хабар таратушылар үшін шамамен 100 метрлік мачталар қолданылады. T антенналарының биіктігі 50–200 метр аралығында, ал мачталық антенналар әдетте 150 метрден жоғары болады. LORAN C үшін мачталық антенналардың биіктігі 500 кВт-тан төмен сәулелену қуаты бар трансляциялық станциялар үшін 190 метр, ал LORAN C антеннасының негізгі түрі жерден оқшауланған. Ұзақ толқынды радио хабар тарату станциялары 150 метрден асатын биіктіктегі мачталық антенналарды немесе T-тәрізді антенналарды пайдаланады. Мачталық антенналар жерге қоректенетін оқшауланған мачталар немесе жоғарыдан қоректенетін жерге қоректенетін мачталар болуы мүмкін. Сондай-ақ, жерге орнатылған мачталарда қоршау антенналарды қолдануға болады.

Бағытталған матрицалық антенналар

Телерадио хабарларын тарату станцияларында бағыттағыш антенналар жиі қажет болады. Олар көбінесе бірдей биіктіктегі бірнеше мачталардан тұрады. Кейбір ұзын толқынды антенналар шеңбер бойымен орналасқан, ортасында мачта антеннасы бар немесе жоқ, бірнеше мачта антенналарынан құралады. Мұндай антенналар таратылатын қуатты жерге шоғырландырып, кең аумақта сигналдың жоғалуын азайтады. Бұл типтегі антенналар сирек қолданылады, себебі олар өте қымбатқа түседі және көп орынды қажет етеді. Сонымен қатар, ұзын толқындарда сигналдың әлсіреуі орта толқын диапазонына қарағанда әлдеқайда сирек кездеседі. Осы сияқты антенналардың біреуін Швециядағы Орлунда хабар тарату станциясы қолданған.