تردد منخفض جداً
التردد المنخفض جدًا ( VLF) هو مصطلح الاتحاد الدولي للاتصالات [ 1 ] [ 2 ] للترددات الراديوية (RF) في نطاق 3-30 كيلوهرتز ، والتي تتوافق مع أطوال موجية تتراوح من 100 إلى 10 كيلومترات على التوالي. يُعرف هذا النطاق أيضًا بنطاق الميرياميتر أو موجة الميرياميتر ، حيث تتراوح أطوال موجاته من ميرياميتر واحد إلى عشرة ميرياميتر (وحدة قياس مترية قديمة تساوي 10 كيلومترات). نظرًا لعرض نطاقه المحدود ، يُعدّ نقل الصوت (الكلام) غير عملي في هذا النطاق، ولذلك تُستخدم فقط الإشارات المشفرة ذات معدل البيانات المنخفض. يُستخدم نطاق VLF في بعض خدمات الملاحة الراديوية ، ومحطات الراديو الحكومية التي تبث إشارات التوقيت لضبط الساعات الراديوية ، والاتصالات العسكرية الآمنة. وبما أن موجات VLF قادرة على اختراق المياه المالحة حتى عمق 40 مترًا (130 قدمًا) على الأقل ، فإنها تُستخدم في الاتصالات العسكرية مع الغواصات .
خصائص الانتشار
بسبب أطوال موجاتها الطويلة، تستطيع موجات الراديو ذات التردد المنخفض جدًا (VLF) الانعراج حول العوائق الكبيرة، فلا تحجبها السلاسل الجبلية، كما يمكنها الانتشار كموجات أرضية تتبع انحناء الأرض، فلا يحدها الأفق. تمتص مقاومة الأرض هذه الموجات الأرضية، ويقل تأثيرها بعد مئات إلى آلاف الكيلومترات، والطريقة الرئيسية لانتشارها لمسافات طويلة هي آلية التوجيه الموجي بين الأرض والغلاف الأيوني . [ 3 ] تُحيط بالأرض طبقة موصلة من الإلكترونات والأيونات في الغلاف الجوي العلوي، عند أسفل الغلاف الأيوني ، تُسمى الطبقة D، على ارتفاع 60-90 كيلومترًا (37-56 ميلًا) ، [ 4 ] وهي تعكس موجات الراديو ذات التردد المنخفض جدًا. يشكل الغلاف الأيوني الموصل والأرض الموصلة "قناة" أفقية بارتفاع بضعة أطوال موجية من موجات الراديو ذات التردد المنخفض جدًا، تعمل كموجه موجي يحصر الموجات ويمنعها من الانتشار في الفضاء. تنتقل الموجات في مسار متعرج حول الأرض، وتنعكس بالتناوب بواسطة الأرض والغلاف الأيوني، في الوضع المغناطيسي المستعرض (TM).
تتميز موجات التردد المنخفض جدًا (VLF) بانخفاض كبير في التوهين أثناء انتقالها، حيث يتراوح بين 2 و3 ديسيبل لكل 1000 كيلومتر، [ 3 ] مع انخفاض ملحوظ في " التلاشي " الذي يحدث عند الترددات العالية. [ 4 ] ويعود ذلك إلى انعكاس موجات VLF من الطبقة السفلى للأيونوسفير، بينما تعود إشارات الموجات القصيرة ذات الترددات العالية إلى الأرض من الطبقات العليا في الأيونوسفير، وهما الطبقتان F1 و F2 ، عبر عملية انكسار، وتقضي معظم رحلتها في الأيونوسفير، مما يجعلها أكثر تأثرًا بتدرجات التأين والاضطرابات. لذلك، تتميز عمليات إرسال VLF بالاستقرار والموثوقية العالية، وتُستخدم في الاتصالات بعيدة المدى. وقد تم تحقيق مسافات انتشار تتراوح بين 5000 و20000 كيلومتر. [ 3 ] ومع ذلك، فإن الضوضاء الجوية (" الموجات الكهرومغناطيسية ") عالية في هذا النطاق، [ 4 ] بما في ذلك ظواهر مثل " الصفير " الناتج عن البرق .
- يمكن لموجات التردد المنخفض جدًا أن تخترق مياه البحر إلى عمق لا يقل عن 10-40 مترًا (33-131 قدمًا) ، اعتمادًا على التردد المستخدم وملوحة المياه، لذلك يتم استخدامها للتواصل مع الغواصات.
- وقد تبين أن موجات التردد المنخفض جداً عند ترددات معينة تسبب ترسب الإلكترونات .
- لقد ساهمت موجات التردد المنخفض جداً المستخدمة في التواصل مع الغواصات في خلق فقاعة اصطناعية حول الأرض يمكنها حمايتها من التوهجات الشمسية والانبعاثات الكتلية الإكليلية ؛ وقد حدث ذلك من خلال التفاعل مع جسيمات الإشعاع عالية الطاقة. [ 5 ]
الهوائيات
من أبرز عيوب نطاق الترددات المنخفضة جدًا (VLF) العملية، طول موجاته، مما يحول دون بناء هوائيات رنانة كاملة الحجم ( هوائيات ثنائية القطب نصف موجة أو أحادية القطب ربع موجة ) نظرًا لارتفاعها. [ 6 ] : 14 يجب استخدام هوائيات رأسية لأن موجات VLF تنتشر باستقطاب رأسي، ولكن هوائيًا رأسيًا ربع موجة بتردد 30 كيلوهرتز ( طول موجة 10 كيلومترات) سيبلغ ارتفاعه 2.5 كيلومتر (8200 قدم) . لذا، فإن هوائيات الإرسال العملية قصيرة كهربائيًا ، أي جزء صغير من الطول الذي تصبح عنده في حالة رنين ذاتي. [ 7 ] [ 8 ] : 24.5–24.6 ونظرًا لمقاومتها الإشعاعية المنخفضة (أقل من أوم واحد غالبًا)، فإنها غير فعالة، إذ لا تشع إلا ما بين 10% إلى 50% من طاقة جهاز الإرسال كحد أقصى، [ 3 ] [ 6 ] : 14 بينما يتبدد باقي الطاقة في مقاومة نظام الهوائي/الأرضي. تتطلب الاتصالات بعيدة المدى أجهزة إرسال ذات طاقة عالية جدًا (~1 ميغاواط)، لذا فإن كفاءة الهوائي عامل مهم.

هوائيات إرسال التردد المنخفض جدًا
تستخدم محطات الإرسال عالية القدرة بترددات منخفضة جدًا هوائيات أحادية القطب ذات تحميل سعوي علوي . وهي هوائيات سلكية ضخمة جدًا، يصل طولها إلى عدة كيلومترات. [ 9 ] : 3.9–3.21 [ 8 ] : 24.8–24.12 تتكون هذه الهوائيات من سلسلة من أعمدة الراديو الفولاذية ، متصلة في أعلاها بشبكة من الكابلات، غالبًا ما تكون على شكل مظلة أو حبال غسيل. [ 6 ] : ص 14 تعمل الأبراج نفسها أو الأسلاك الرأسية كمشعات أحادية القطب ، وتشكل الكابلات الأفقية حملاً سعويًا علويًا لزيادة التيار في الأسلاك الرأسية، مما يزيد من القدرة المشعة وكفاءة الهوائي. تستخدم المحطات عالية القدرة أنواعًا مختلفة من هوائيات المظلة مثل هوائيات "دلتا" و" ترايديكو "، أو هوائيات مسطحة متعددة الأسلاك (ثلاثية الأقطاب). [ 6 ] : ص 129–162 أما بالنسبة لأجهزة الإرسال منخفضة القدرة، فتُستخدم هوائيات على شكل حرف L مقلوب وهوائيات على شكل حرف T.
نظراً لانخفاض مقاومة الإشعاع، ولتقليل الطاقة المبددة في الأرض، تتطلب هذه الهوائيات أنظمة تأريض ذات مقاومة منخفضة للغاية ، تتكون من شبكات شعاعية من أسلاك نحاسية مدفونة أسفل الهوائي. ولتقليل الفقد العازل في التربة، تُدفن موصلات التأريض على عمق ضحل، بضع بوصات فقط، ويُحمى سطح الأرض بالقرب من الهوائي أحياناً بشبكات تأريض نحاسية. كما استُخدمت أنظمة التوازن المعاكس ، التي تتكون من شبكات شعاعية من كابلات نحاسية مدعومة على ارتفاع عدة أقدام فوق سطح الأرض أسفل الهوائي.
يتطلب الأمر ملف تحميل كبير عند نقطة تغذية الهوائي لإلغاء المفاعلة السعوية للهوائي وجعله رنانًا . في نطاق الترددات المنخفضة جدًا (VLF)، يُعد تصميم هذا الملف تحديًا؛ إذ يجب أن يتمتع بمقاومة منخفضة عند تردد التشغيل، ومعامل جودة عالٍ (Q) ، وأن يتحمل تيارات عالية جدًا، وأن يقاوم الجهد العالي للغاية الواقع على الهوائي. عادةً ما تكون هذه الملفات ضخمة ذات قلب هوائي، يتراوح ارتفاعها بين 2 و4 أمتار، ملفوفة على إطار غير موصل، مع تقليل مقاومة الترددات الراديوية باستخدام سلك ليتز سميك بقطر عدة سنتيمترات، يتكون من آلاف الخيوط المعزولة من الأسلاك الدقيقة المضفرة معًا. [ 6 ] : ص 95
تُؤدي السعة العالية والحثية العالية والمقاومة المنخفضة لمجموعة ملف تحميل الهوائي إلى عملها كهربائيًا كدائرة رنانة عالية الجودة . تتميز هوائيات التردد المنخفض جدًا (VLF) بنطاق ترددي ضيق للغاية ، ويتطلب تغيير تردد الإرسال استخدام محث متغير ( مقياس تردد متغير ) لضبط الهوائي. عادةً ما يتراوح نطاق تردد هوائيات VLF الكبيرة المستخدمة في أجهزة الإرسال عالية الطاقة بين 50 و100 هرتز فقط. ينتج عن الجودة العالية (Q) جهد عالٍ جدًا (يصل إلى 250 كيلو فولت) [ 6 ] : ص 58 على الهوائي، مما يستلزم عزلًا ممتازًا. [ 6 ] : ص 14، 19. تعمل هوائيات VLF الكبيرة عادةً في وضع "محدود الجهد": حيث تُحدَّد أقصى قدرة لجهاز الإرسال بالجهد الذي يمكن أن يتحمله الهوائي دون حدوث انهيار هوائي أو هالة كهربائية أو شرارة كهربائية من الهوائي.
ضبط الهوائي الديناميكي
يتميز نطاق تردد هوائيات VLF الكبيرة ذات التحميل السعوي بضيقه الشديد (50-100 هرتز)، لدرجة أن حتى الانزياحات الترددية الطفيفة لتعديل FSK وMSK قد تتجاوزه، مما يُخرج الهوائي عن حالة الرنين ، ويتسبب في انعكاس جزء من الطاقة عائدًا إلى خط التغذية. يتمثل الحل التقليدي في استخدام "مقاومة نطاق التردد" في الهوائي، مما يقلل من عامل الجودة (Q ) ويزيد من نطاق التردد؛ إلا أن هذا يقلل أيضًا من خرج الطاقة. أما البديل الحديث المستخدم في بعض أجهزة إرسال VLF العسكرية، فهو دائرة تعمل على تغيير تردد رنين الهوائي ديناميكيًا بين ترددي الخرج مع التعديل. [ 8 ] : 24.7 [ 9 ] : 3.36 ويتم ذلك باستخدام مفاعل قابل للتشبع موصول على التوالي مع ملف تحميل الهوائي . وهو عبارة عن محث ذي قلب مغناطيسي حديدي مزود بملف تحكم ثانٍ يمر عبره تيار مستمر، يتحكم في الحث عن طريق مغنطة القلب، مما يغير نفاذيته المغناطيسية . يتم تطبيق تدفق بيانات المفتاح على ملف التحكم. لذلك، عندما يتم تغيير تردد جهاز الإرسال بين الترددين '1' و'0'، يقوم المفاعل المشبع بتغيير الحث في دائرة رنين الهوائي لتغيير تردد رنين الهوائي ليتبع تردد جهاز الإرسال.
هوائيات استقبال التردد المنخفض جدًا
تُعدّ متطلبات هوائيات الاستقبال أقل صرامةً نظرًا لارتفاع مستوى الضوضاء الجوية الطبيعية في هذا النطاق. عند ترددات VLF، تكون الضوضاء الراديوية الجوية أعلى بكثير من ضوضاء جهاز الاستقبال الناتجة عن دائرة الاستقبال، وهي التي تحدد نسبة الإشارة إلى الضوضاء . لذا، يمكن استخدام هوائيات استقبال صغيرة وغير فعّالة، ويمكن لجهاز الاستقبال تضخيم إشارة الجهد المنخفض الصادرة من الهوائي ببساطة دون إدخال ضوضاء ملحوظة. تُستخدم عادةً هوائيات حلقة الفريت للاستقبال.
تعديل
نظراً لضيق نطاق الترددات المنخفضة جداً (VLF)، وضيق نطاق الترددات للهوائيات المستخدمة، يصبح من غير العملي نقل الإشارات الصوتية ( الهاتف اللاسلكي AM أو FM ). [ 10 ] فإشارة راديو AM نموذجية بنطاق ترددي 10 كيلوهرتز تشغل ثلث نطاق VLF. والأهم من ذلك، يصعب نقل أي مسافة لأن ذلك يتطلب هوائياً بنطاق ترددي يزيد 100 ضعف عن هوائيات VLF الحالية، وهو ما سيكون ضخماً للغاية بسبب حد تشو-هارينغتون . لذلك، لا يمكن نقل سوى البيانات النصية بمعدلات بت منخفضة . في الشبكات العسكرية، يُستخدم تعديل إزاحة التردد (FSK) لنقل بيانات التلغراف اللاسلكي باستخدام رموز أحرف ITA2 ذات 5 بت أو ASCII ذات 8 بت . ويُستخدم إزاحة تردد صغيرة تتراوح بين 30 و50 هرتز نظراً لضيق نطاق تردد الهوائي.
في أجهزة إرسال الترددات المنخفضة جدًا (VLF) عالية الطاقة، ولزيادة معدل نقل البيانات المسموح به، يُستخدم شكل خاص من تقنية FSK يُسمى تعديل الإزاحة الأدنى (MSK). هذا ضروري نظرًا لمعامل الجودة العالي (Q) للهوائي. [ 9 ] : 3.2-3.4، §3.1.1. يشكل الهوائي الضخم المُحمّل سعويًا وملف التحميل دائرة رنانة عالية معامل الجودة (Q) ، والتي تخزن الطاقة الكهربائية المتذبذبة. عادةً ما يتجاوز معامل الجودة (Q) لهوائيات VLF الكبيرة 200؛ وهذا يعني أن الهوائي يخزن طاقة أكبر بكثير (200 ضعف) مما يتم تزويده أو إشعاعه في أي دورة واحدة من تيار جهاز الإرسال. تُخزن الطاقة بالتناوب كطاقة كهروستاتيكية في نظام التحميل العلوي والأرضي، وطاقة مغناطيسية في الأسلاك الرأسية وملف التحميل. تعمل هوائيات VLF عادةً "بجهد محدود"، حيث يكون الجهد على الهوائي قريبًا من الحد الذي يتحمله العزل، لذا فهي لا تتحمل أي تغيير مفاجئ في الجهد أو التيار من جهاز الإرسال دون حدوث شرارة كهربائية أو مشاكل أخرى في العزل. كما هو موضح أدناه، فإن تقنية MSK قادرة على تعديل الموجة المرسلة بمعدلات بيانات أعلى دون التسبب في ارتفاعات مفاجئة في الجهد على الهوائي.
الأنواع الثلاثة من التضمين التي تم استخدامها في أجهزة إرسال التردد المنخفض جدًا هي:
- الموجة المستمرة (CW)، أو الموجة المستمرة المتقطعة (ICW)، أو مفتاح التشغيل/الإيقاف
- إرسال لاسلكي باستخدام شفرة مورس مع موجة حاملة غير مُعدَّلة. يتم تشغيل الموجة الحاملة وإيقافها، حيث يُمثِّل تشغيلها نقاط وشرطات شفرة مورس، بينما يُمثِّل إيقافها المسافات. يُعد هذا الشكل أبسط وأقدم أشكال نقل البيانات اللاسلكية، وقد استُخدم منذ بداية القرن العشرين وحتى ستينياته في محطات التردد المنخفض جدًا التجارية والعسكرية. نظرًا لارتفاع عامل الجودة (Q) للهوائي، لا يُمكن تشغيل الموجة الحاملة وإيقافها فجأة، بل يتطلب ذلك ثابتًا زمنيًا طويلًا، أي عدة دورات، لتكوين الطاقة المتذبذبة في الهوائي عند تشغيل الموجة الحاملة، وعدة دورات أخرى لتبديد الطاقة المُخزَّنة عند إيقافها. هذا يُحدِّد معدل نقل البيانات إلى 15-20 كلمة/دقيقة. يُستخدم هذا النوع من الإرسال حاليًا فقط في أجهزة الإرسال الصغيرة التي تعمل يدويًا، ولاختبار أجهزة الإرسال الكبيرة.
- مفتاح إزاحة التردد (FSK)
- يُعدّ FSK ثاني أقدم وأبسط أشكال تعديل بيانات الراديو الرقمي، بعد CW. في FSK، يتم تحويل الموجة الحاملة بين ترددين، أحدهما يُمثل الرقم الثنائي '1' والآخر يُمثل الرقم الثنائي '0'. على سبيل المثال، قد يُستخدم تردد 9070 هرتز للدلالة على '1'، وتردد 9020 هرتز، وهو أقل بـ 50 هرتز، للدلالة على '0'. يتم توليد هذين الترددين بواسطة مُركِّب تردد يعمل باستمرار . يتم تبديل جهاز الإرسال دوريًا بين هذين الترددين لتمثيل رموز ASCII ذات 8 بت لأحرف الرسالة. تكمن إحدى المشكلات في الترددات المنخفضة جدًا (VLF) في أنه عند تبديل التردد، عادةً ما يكون للموجتين الجيبيتين طوران مختلفان ، مما يُحدث انزياحًا طوريًا مفاجئًا عابرًا قد يُسبب شرارة كهربائية على الهوائي. لتجنب هذه الشرارة، لا يُمكن استخدام FSK إلا بمعدلات منخفضة تتراوح بين 50 و75 بت/ثانية.
- مفتاح الإزاحة الأدنى (MSK)
- يُعدّ MSK نسخةً ذات طورٍ مستمر من FSK، مصممة خصيصًا للنطاقات الترددية الضيقة، وقد اعتمدتها محطات VLF البحرية في سبعينيات القرن الماضي لزيادة معدل نقل البيانات، وهو الآن النمط القياسي المستخدم في أجهزة إرسال VLF العسكرية. إذا كان الفرق بين الترددين اللذين يمثلان الرقمين '1' و'0' هو 50 هرتز، وهو إزاحة التردد القياسية المستخدمة في محطات VLF العسكرية، فإن طوريهما يتطابقان كل 20 مللي ثانية. في MSK، يتم تبديل تردد جهاز الإرسال فقط عندما يكون للموجتين الجيبيتين نفس الطور، أي عند نقطة عبورهما الصفر في نفس الاتجاه. يُنشئ هذا انتقالًا سلسًا ومستمرًا بين الموجات، متجنبًا الظواهر العابرة التي قد تُسبب إجهادًا وتقوسًا كهربائيًا على الهوائي. يمكن استخدام MSK بمعدلات بيانات تصل إلى 300 بت/ثانية، أو ما يُعادل 35 حرفًا من ASCII (8 بتات لكل حرف) في الثانية، أي حوالي 450 كلمة في الدقيقة.
التطبيقات

التلغراف اللاسلكي المبكر
تاريخيًا، استُخدم هذا النطاق للاتصالات اللاسلكية العابرة للمحيطات لمسافات طويلة خلال عصر التلغراف اللاسلكي بين عامي 1905 و1925 تقريبًا. أنشأت الدول شبكات من محطات التلغراف اللاسلكي عالية الطاقة بترددات منخفضة جدًا ومنخفضة للغاية ، والتي كانت تنقل المعلومات النصية باستخدام شفرة مورس ، للتواصل مع الدول الأخرى ومستعمراتها وأساطيلها البحرية. بُذلت محاولات مبكرة لاستخدام الهاتف اللاسلكي باستخدام تعديل السعة وتعديل النطاق الجانبي الأحادي ضمن النطاق بدءًا من 20 كيلوهرتز، لكن النتيجة لم تكن مُرضية لأن عرض النطاق الترددي المتاح لم يكن كافيًا لاحتواء النطاقات الجانبية .
في عشرينيات القرن الماضي، سمح اكتشاف طريقة انتشار الموجات الراديوية عبر الموجات السماوية (القفزية) لأجهزة الإرسال ذات القدرة المنخفضة التي تعمل بترددات عالية بالاتصال على مسافات مماثلة عن طريق عكس موجاتها الراديوية عن طبقة من الذرات المتأينة في الغلاف الأيوني ، وتحولت محطات الاتصالات اللاسلكية بعيدة المدى إلى ترددات الموجات القصيرة . ويمكن للجمهور زيارة جهاز إرسال غريميتون ذي التردد المنخفض جدًا (VLF) في غريميتون بالقرب من فاربيرغ في السويد ، وهو أحد أجهزة الإرسال القليلة المتبقية من تلك الحقبة والتي حُفظت كمعلم تاريخي، في أوقات محددة، مثل يوم ألكسندرسون .
منارات الملاحة وإشارات الوقت
بسبب مسافات انتشارها الطويلة وخصائص الطور المستقرة، تم استخدام نطاق التردد المنخفض جدًا (VLF) خلال القرن العشرين لأنظمة الملاحة الراديوية القطعية البعيدة المدى التي سمحت للسفن والطائرات بتحديد موقعها الجغرافي من خلال مقارنة طور الموجات الراديوية المستلمة من أجهزة إرسال منارات الملاحة VLF الثابتة .
استخدم نظام أوميغا العالمي ترددات تتراوح من 10 إلى 14 كيلو هرتز، كما فعل نظام ألفا الروسي .
استُخدمت الترددات المنخفضة جدًا (VLF) أيضًا للبث الزمني والترددي القياسي . في الولايات المتحدة، بدأت محطة الإشارة الزمنية WWVL بث إشارة بقوة 500 واط على تردد 20 كيلوهرتز في أغسطس 1963. واستخدمت تقنية تعديل إزاحة التردد ( FSK ) لإرسال البيانات، حيث كانت تُبدّل التردد بين 20 كيلوهرتز و26 كيلوهرتز. توقف بث WWVL في يوليو 1972.
القياسات الجيوفيزيائية والجوية
يستخدم الجيوفيزيائيون الإشارات الطبيعية في نطاق الترددات المنخفضة جدًا لتحديد مواقع البرق على مسافات بعيدة ولإجراء أبحاث حول الظواهر الجوية مثل الشفق القطبي. وتُستخدم قياسات صفير الموجات المغناطيسية لاستنتاج الخصائص الفيزيائية للغلاف المغناطيسي . [ 11 ]
يستخدم الجيوفيزيائيون أجهزة استقبال كهرومغناطيسية بترددات منخفضة جدًا لقياس الموصلية في الطبقات القريبة من سطح الأرض. [ 12 ]
يمكن قياس إشارات التردد المنخفض جدًا (VLF) من خلال مسح كهرومغناطيسي جيوفيزيائي يعتمد على التيارات المنقولة التي تُحدث استجابات ثانوية في الوحدات الجيولوجية الموصلة. ويمثل شذوذ التردد المنخفض جدًا تغيرًا في اتجاه المتجه الكهرومغناطيسي فوق المواد الموصلة في باطن الأرض.
أنظمة الاتصالات في المناجم
يمكن لترددات VLF أيضًا اختراق التربة والصخور لمسافة معينة، لذلك تُستخدم هذه الترددات أيضًا لأنظمة الاتصالات في المناجم التي تمر عبر الأرض .
الاتصالات العسكرية
تستخدم الجيوش أجهزة إرسال قوية تعمل بترددات منخفضة جدًا (VLF) للتواصل مع قواتها حول العالم. وتكمن ميزة هذه الترددات في مداها الطويل وموثوقيتها العالية، بالإضافة إلى التوقعات بأن اتصالاتها في حالة نشوب حرب نووية ستكون أقل تأثرًا بالانفجارات النووية مقارنةً بالترددات الأعلى. ونظرًا لقدرتها على اختراق مياه البحر، تستخدم الجيوش ترددات VLF للتواصل مع الغواصات القريبة من السطح، بينما تُستخدم ترددات ELF للتواصل مع الغواصات الغاطسة في الأعماق.
من أمثلة أجهزة الإرسال البحرية ذات التردد المنخفض جدًا (VLF):
- محطة سكيلتون للإرسال في بريطانيا ، سكيلتون، كمبريا
- محطة DHO38 الألمانية في راودرفين ، التي تبث على تردد 23.4 كيلوهرتز بقوة 800 كيلوواط
- محطة جيم كريك البحرية الأمريكية للإذاعة في أوسو، بولاية واشنطن، والتي تبث على تردد 24.8 كيلوهرتز بقوة 1.2 ميجاوات
- محطة راديو البحرية الأمريكية في كتلر، مين، والتي تبث على تردد 24 كيلو هرتز بقدرة 1.8 ميجا واط.
منذ عام 2004، توقفت البحرية الأمريكية عن استخدام عمليات الإرسال بترددات منخفضة للغاية، مع بيان أن التحسينات في اتصالات الترددات المنخفضة جدًا جعلتها غير ضرورية، لذلك ربما تكون قد طورت تقنية تسمح للغواصات باستقبال عمليات الإرسال بترددات منخفضة جدًا أثناء وجودها في أعماق التشغيل.
تُرسل أجهزة الإرسال الأرضية والجوية عالية الطاقة في الدول التي تُشغّل غواصات إشاراتٍ يمكن استقبالها على بُعد آلاف الأميال. وتغطي مواقع الإرسال عادةً مساحاتٍ شاسعة (أفدنة أو كيلومترات مربعة)، بقدرة إرسال تتراوح بين 20 كيلوواط و2000 كيلوواط. وتستقبل الغواصات الإشارات من أجهزة الإرسال الأرضية والجوية باستخدام نوعٍ من الهوائيات المقطورة التي تطفو تحت سطح الماء مباشرةً، مثل هوائي مصفوفة الكابلات الطافية (BCAA).
تستخدم أجهزة الاستقبال الحديثة تقنيات متطورة لمعالجة الإشارات الرقمية لإزالة تأثيرات الضوضاء الجوية (الناتجة في الغالب عن ضربات البرق حول العالم) وإشارات القنوات المجاورة، مما يوسع نطاق الاستقبال الفعال. وتستقبل قاذفات القنابل النووية الاستراتيجية التابعة لسلاح الجو الأمريكي إشارات التردد المنخفض جدًا كجزء من عملياتها المحصنة ضد الهجمات النووية.
يمكن استخدام مجموعتين بديلتين من الأحرف: ITA2 ذات 5 بت أو ASCII ذات 8 بت . ولأن هذه الاتصالات عسكرية، فهي مشفرة في أغلب الأحيان لأسباب أمنية. ورغم سهولة استقبال هذه الاتصالات وتحويلها إلى سلسلة من الأحرف، إلا أن الأعداء لا يستطيعون فك تشفير الرسائل المشفرة؛ إذ تستخدم الاتصالات العسكرية عادةً تشفيرًا غير قابل للكسر من نوع "المفتاح لمرة واحدة" نظرًا لصغر حجم النص.
استخدام الهواة
لا يُخصص الاتحاد الدولي للاتصالات نطاق الترددات الأقل من 8.3 كيلوهرتز ، ويمكن استخدامه في بعض الدول دون ترخيص. وقد مُنح هواة الراديو في بعض البلدان تصريحًا (أو افترضوا الحصول على تصريح) للعمل على ترددات أقل من 8.3 كيلوهرتز. [ 13 ]
تميل العمليات إلى التجمع حول الترددات 8.27 كيلوهرتز، و6.47 كيلوهرتز، و5.17 كيلوهرتز، و2.97 كيلوهرتز. [ 14 ] تستمر عمليات الإرسال عادةً من ساعة واحدة إلى عدة أيام، ويجب أن يكون تردد كل من جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال مضبوطًا على مرجع ثابت مثل مذبذب مضبوط بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) أو معيار الروبيديوم لدعم الكشف المتماسك وفك التشفير لفترات طويلة كهذه.
معدات الهواة
الطاقة المشعة من محطات الهواة ضئيلة للغاية، إذ تتراوح بين 1 ميكروواط و100 ميكروواط لهوائيات المحطات الثابتة، وتصل إلى 10 ميلي واط لهوائيات الطائرات الورقية أو البالونات. ورغم انخفاض الطاقة، فإن الانتشار المستقر مع التوهين المنخفض في تجويف الأرض-الأيونوسفير يُمكّن من استخدام نطاقات تردد ضيقة جدًا للوصول إلى مسافات تصل إلى عدة آلاف من الكيلومترات. وتشمل الأنماط المستخدمة QRSS و MFSK و BPSK المتماسك .
يتكون جهاز الإرسال عادةً من مضخم صوت بقدرة بضع مئات من الواط، ومحول مطابقة المعاوقة، وملف تحميل ، وهوائي سلكي كبير. أما أجهزة الاستقبال فتستخدم مسبار مجال كهربائي أو هوائي حلقة مغناطيسية، ومضخم صوت أولي حساس، ومحولات عزل، وبطاقة صوت حاسوب لتحويل الإشارة إلى إشارة رقمية. ويتطلب الأمر معالجة رقمية مكثفة للإشارة لاستخلاص الإشارات الضعيفة وسط تداخل التوافقيات الناتجة عن خطوط الطاقة والتشويش الجوي لموجات الراديو منخفضة التردد جدًا. وتكون قوة الإشارة المستقبلة المفيدة منخفضة للغاية.3 × 10⁻⁸ فولت /متر (مجال كهربائي) و1 × 10 −16 تسلا (مجال مغناطيسي)، مع معدلات إشارة تتراوح عادة بين 1 و 100 بت في الساعة.
استقبال قائم على الكمبيوتر

غالبًا ما يراقب هواة الراديو إشارات التردد المنخفض جدًا (VLF) باستخدام أجهزة استقبال راديو VLF بسيطة الصنع تعتمد على أجهزة الكمبيوتر الشخصية. [ 15 ] [ 16 ] يتم توصيل هوائي على شكل ملف من سلك معزول بمدخل بطاقة الصوت في الكمبيوتر (عبر مقبس) ويوضع على بعد أمتار قليلة منه. يتيح برنامج تحويل فورييه السريع (FFT) بالاشتراك مع بطاقة الصوت استقبال جميع الترددات الأقل من تردد نايكويست في وقت واحد على شكل مخططات طيفية .
نظرًا لأن شاشات CRT تُعدّ مصادر قوية للتشويش في نطاق الترددات المنخفضة جدًا (VLF)، يُنصح بتسجيل مخططات الطيف مع إيقاف تشغيل أي شاشة CRT على جهاز الكمبيوتر. تُظهر هذه المخططات العديد من الإشارات، والتي قد تشمل مُرسِلات VLF وانحراف حزمة الإلكترونات الأفقية لأجهزة التلفاز. قد تتغير قوة الإشارة المُستقبلة مع حدوث اضطراب مفاجئ في طبقة الأيونوسفير ، مما يؤدي إلى زيادة مستوى التأين فيها، وبالتالي تغيير سريع في سعة وطور إشارة VLF المُستقبلة.
قائمة عمليات الإرسال بترددات منخفضة جدًا
للاطلاع على قائمة أكثر تفصيلاً، انظر قائمة أجهزة إرسال التردد المنخفض جدًا
| نداء | تكرار | موقع جهاز الإرسال | دولة | ملاحظات |
|---|---|---|---|---|
| — | 11.905 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | نظام الملاحة ألفا |
| — | 12.649 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | نظام الملاحة ألفا |
| — | 14.881 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | نظام الملاحة ألفا |
| HWU | 15.1 كيلو هرتز | روسناي | (فرنسا) | 400 كيلوواط [ 17 ] |
| — | 15.625 كيلو هرتز | — | تردد الانحراف الأفقي لحزمة الإلكترون في أجهزة التلفزيون ذات أنبوب أشعة الكاثود ( 576i ) | |
| — | 15.734 كيلو هرتز | — | تردد الانحراف الأفقي لحزمة الإلكترون في أجهزة التلفزيون ذات أنبوب أشعة الكاثود ( 480i ) | |
| JXN | 16.4 كيلو هرتز | بلدية جيلديسكال | (النرويج) | |
| سؤال قصير | 17.2 كيلو هرتز | غريميتون | (السويد) | لا يُفعّل إلا في المناسبات الخاصة ( يوم ألكسندرسون ) |
| هيئة الطيران المدني الوطنية | 17.8 كيلو هرتز | محطة التردد المنخفض جدًا (NAA) في كتلر ، مين | (الولايات المتحدة) [ 18 ] | |
| RDL UPD UFQE UPP UPD8 | 18.1 كيلو هرتز | مواقع مختلفة، بما في ذلك ماتوشكين شار | (روسيا) [ 17 ] | |
| HWU | 18.3 كيلو هرتز | لو بلان | (فرنسا) | غالباً ما يكون غير نشط لفترات طويلة |
| RKS | 18.9 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | نادراً ما يكون نشطاً |
| جي كيو دي | 19.6 كيلو هرتز | شوكة | (المملكة المتحدة) | أوضاع تشغيل متعددة. |
| NWC | 19.8 كيلو هرتز | إكسموث ، غرب أستراليا | (أستراليا) | يستخدم للاتصالات البحرية، بقدرة 1 ميغاواط. [ 19 ] |
| IVC | 20.27 كيلو هرتز | تافولارا | (إيطاليا) | |
| RJH63 RJH66 RJH69 RJH77 RJH99 | 20.5 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | جهاز إرسال إشارة الوقت بيتا |
| IVC | 20.76 كيلو هرتز | تافولارا | (إيطاليا) | |
| HWU | 20.9 كيلو هرتز | سانت أسيز | (فرنسا) [ 17 ] | |
| RDL | 21.1 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | نادراً ما يكون نشطاً |
| إدارة الأداء الجديدة | 21.4 كيلو هرتز | هاواي | (الولايات المتحدة الأمريكية) | |
| HWU | 21.75 كيلو هرتز | روسناي | (فرنسا) [ 17 ] | |
| GZQ | 22.1 كيلو هرتز | سكلتون | (المملكة المتحدة) | |
| JJI | 22.2 كيلو هرتز | إبينو | (اليابان) | |
| RJH63 RJH66 RJH69 RJH77 RJH99 | 23 كيلو هرتز | مواقع مختلفة | (روسيا) | جهاز إرسال إشارة الوقت بيتا |
| DHO38 | 23.4 كيلو هرتز | بالقرب من راودرفين | (ألمانيا) | الاتصالات تحت الماء |
| هيئة الطيران المدني الوطنية | 24 كيلو هرتز | كتلر، مين | (الولايات المتحدة الأمريكية) | يستخدم للاتصالات البحرية، بقدرة 2 ميغاواط [ 20 ] |
| NLK | 24.6 كيلو هرتز | أوسو، واشنطن | (الولايات المتحدة الأمريكية) | 192 كيلوواط [ 17 ] |
| جبهة التحرير الوطني | 24.8 كيلو هرتز | أرلينغتون، واشنطن | (الولايات المتحدة الأمريكية) | يستخدم للاتصالات البحرية [ 21 ] |
| NML | 25.2 كيلو هرتز | لامور، داكوتا الشمالية | (الولايات المتحدة الأمريكية) | |
| PNSH | 14–25.2 كيلوهرتز | ساحل كراتشي ، السند | (باكستان) | |
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ المعيار الفيدرالي الأمريكي 1037ب: الاتصالات السلكية واللاسلكية، مسرد مصطلحات الاتصالات السلكية واللاسلكية . مكتب معايير التكنولوجيا، إدارة الخدمات العامة. 3 يونيو 1991. ص. S-18.
- ↑ الأعمال الختامية للمؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية 2015 (ملف PDF) . المؤتمر العالمي للاتصالات الراديوية. جنيف، سويسرا: الاتحاد الدولي للاتصالات. 2015. ص 4. تاريخ الاطلاع: 12 يناير 2025 .
- 1 2 3 4 هانسكر، آر دي؛ هارجريفز، جون كيث (2002). الغلاف الأيوني في خطوط العرض العليا وتأثيراته على انتشار الموجات الراديوية . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 419. ISBN 978-0-521-33083-1.
- 1 2 3 غوش، إس إن (2002). النظرية الكهرومغناطيسية وانتشار الموجات . مطبعة سي آر سي. ص 89. ISBN 978-0-8493-2430-7.
- ↑ سوزانا دارلينج (17 مايو 2017). "مسبارات فان ألين التابعة لناسا ترصد حاجزًا من صنع الإنسان يحيط بالأرض" . ناسا . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 يونيو 2024 .
- 1 2 3 4 5 6 7 وات، آرثر د. (1967). هندسة الراديو بترددات منخفضة جدًا . دار بيرغامون للنشر.
- ↑ سيبولد، جون س. (2005). مقدمة في انتشار الترددات الراديوية . جون وايلي وأولاده. الصفحات 55-58 . ISBN 978-0471743682.
- 1 2 3 جونسون، ريتشارد سي، محرر. (1993). دليل هندسة الهوائيات (PDF) ( الطبعة الثالثة). ماكجرو هيل. ISBN 007032381X.
- 1 2 3 معايير الإلكترونيات الساحلية البحرية - أنظمة الاتصالات بترددات منخفضة جدًا، وترددات منخفضة، وترددات متوسطة (ملف PDF) . قيادة أنظمة الإلكترونيات البحرية. واشنطن العاصمة: البحرية الأمريكية. أغسطس 1972. دليل NAVELEX 0101-113.
- ^ هولتيت، جا، أد. (17-27 أبريل 1974). ELF-VLF انتشار الموجات الراديوية . معهد الناتو للدراسات المتقدمة. سباتند، النرويج: سبرينغر للعلوم والإعلام التجاري. ص 372 – 373. ISBN 9789401022651.
- ^ "أودانيت" . plasmon.elte.hu .
- ↑ "شركة جيونيكس المحدودة - أجهزة استقبال التردد المنخفض جدًا" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 يونيو 2014 .
- ↑ " طيف الترددات دون 9 كيلوهرتز في خدمة الهواة" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مايو 2017 .
- ↑ "بعض الإنجازات الحديثة في تجارب هواة الراديو في نطاق الترددات المنخفضة جدًا" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13 مايو 2017 .
- ↑ ريناتو، روميرو (2008). الطبيعة الراديوية: استقبال ودراسة الإشارات الراديوية ذات المنشأ الطبيعي . بيدفورد، إنجلترا: الجمعية الراديوية لبريطانيا العظمى . ص 77. ISBN 9781905086375. OCLC 1023278249 .
- ↑ ماردين عبد الله وآخرون (2013) [2012]. تطوير وحدة تعليمية مشتركة بين جامعة UKM ومعهد SID لتعليم علوم الفضاء . المنتدى الدولي السادس للتعليم الهندسي (IFEE 2012). بروسيديا - العلوم الاجتماعية والسلوكية . المجلد 102. الصفحات 80-85 . doi : 10.1016/j.sbspro.2013.10.716 .
- 1 2 3 4 5 فيداني، كريستيانو (8 ديسمبر 2011). "الشبكة الكهرومغناطيسية في وسط إيطاليا وزلزال لاكويلا 2009: النشاط الكهربائي المرصود" . علوم الأرض . 1 (1) (نُشر عام 2012): 3-25 . Bibcode : 2011Geosc...1....3F . doi : 10.3390/geosciences1010003 . ISSN 2076-3263 . تاريخ الاسترجاع: 14 يناير 2021 .
- ↑ "مراقبة المرافق ذات الموجات القصيرة والترددات العالية والترددات العالية جدًا والترددات العالية جدًا" . ملخص عشوائي . 23 مارس 2025.
- ↑ "رابط القاعدة البحرية بانخفاض الطائرة النفاثة" . صحيفة سيدني مورنينغ هيرالد . سيدني، أستراليا. 14 نوفمبر 2008. تاريخ الاطلاع: 14 نوفمبر 2008 .
- ↑ "كاتلر" . الأمن العالمي . المنشآت العسكرية.
- ↑ "20–25 كيلوهرتز" . vlf.it ."WA3248" . ludb.clui.org . مؤرشف من الأصل بتاريخ 27-09-2011 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 13-07-2009 .
للمزيد من القراءة
- روميرو، ر. (2006). راديو ناتورا (باللغة الإيطالية). ألبينو، إيطاليا: SANDIT Srl
- كلاويتر، ج. أوكسنر، م. هيرولد، ك. (2000). لانجويل ولانجستويل (في المانيا). ميكنهايم، DE: Siebel Verlag GmbH. رقم ISBN 978-3-89632-043-8.
- فريز (يناير 2006). "استقبال الموجات المنخفضة جدًا باستخدام هوائيات الفريت 5-50 كيلو هرتز" (PDF) .
روابط خارجية
- نادي الموجات الطويلة في أمريكا
- موجات الراديو أقل من 22 كيلوهرتز
- مجموعة نقاش VLF
- توميسلاف ستيماتش، " تعريف نطاقات التردد (VLF، ELF ... إلخ) ".
- استقبال الترددات المنخفضة جدًا (VLF) عبر الحاسوب الشخصي
- معرض إشارات التردد المنخفض جدًا
- ناسا تبث مباشرة ELF -> VLF جهاز استقبال ملاحظة: اعتبارًا من 05/03/2014، روابط "الاستماع المباشر" معطلة، ولكن الموقع يحتوي على بعض الأمثلة المسجلة مسبقًا للاستماع إليها.
- شبكة تحديد مواقع البرق العالمية
- مجموعة VLF بجامعة ستانفورد
- جهاز مراقبة الترددات المنخفضة جدًا بجامعة لويفيل
- موقع لاري للترددات المنخفضة جدًا، مؤرشف بتاريخ 19 نوفمبر 2015 على موقع Wayback Machine
- جهاز استقبال VLF المباشر عبر الإنترنت من مارك، المملكة المتحدة. مؤرشف بتاريخ 28 فبراير 2009 على موقع Wayback Machine.
- جهاز استقبال أنبوبي بتردد منخفض جدًا IW0BZD
- دليل استماع VLF عبر الإنترنت مع قائمة الخوادم
- قائمة أجهزة إرسال التردد المنخفض جدًا
- الطيف الراديوي
- الإلكترونيات اللاسلكية
