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长波通信

长波通信(long-wave communication)是利用波长长于1000米(频率低于300KHz)的电磁波进行的无线电通信,亦称低频通信。它可细分为在长波(波长10一1000米),甚长波(100km一10km),超长波(10000km一1000km)和极长波(1~10万公里)波段的通信。

长波通信的历史,可追溯到1901年意大利物理学家G.马可尼进行的跨越大西洋的越洋通信试验。1925年后,由于发现短波能靠电离层反射进行远距离传播,才逐步用短波通信取代一般的长波通信。第二次世界大战中,因对潜艇通信的需要,而又重视发展长波通信。随着导弹、核武器的发展,导致越来越多的军事设施转入地下,长波地下通信将是保障地下指挥所和坑道间应急通信的重要手段。

定义

长波通信是指利用波长长于1km(频率低于300kHz)的电磁波进行的无线电通信。在1899~1901年,意大利人G.马可尼实现远距离无线电通信之前,就使用了长波通信。它可以细分为在长波、甚长波、超长波和极长波波段的通信。

长波波段通信也称低频(LF)通信。长波指波长范围为10~1km(频率为30~300kHz)的电磁波。长波主要用地波形式传播。天波虽可由电离层反射,传播较远,但电离层吸收强,且低层参数变化大,极不稳定,只会导致干涉和衰落;地波传播主要与大地的导电率有关,传播比较稳定,在陆地一般传播距离为几十到几百公里,当天波、地波同时存在时会产生干涉现象。地波在海面上传播时,海水导电率高,衰减较小,传播距离比陆地要远的多,可达数百到数千公里。在频段高端(150~300kHz),大气噪声较小,天线效率较高,可通电话和电报,被广泛用于海上通信,有的国家也用于广播。长波具有穿透岩石和土壤的能力,也用于地下通信,在频段低端(30~60kHZ),电磁波能穿透一定深度的海水,可以用于对水下舰艇的通信;但因频带窄,只能通电报或低速数据,频率为100kHz的电磁波,被用于传播罗兰C导航信号、标准时间和标准频率的信号。

甚长波通信也称甚低频(VLF)通信。甚长波指波长范围为100km~l0km(频率为3~30kHz)的电磁波。甚长波通信通常使用10~30kHz频段。

甚长波的波长比长波更长,传播衰减更小,在远距离通信时主要靠大地与低电离层间形成的波导进行传播,距离可达数千公里乃至覆盖全球。波导传播中也存在多摸干涉现象,虽带来幅度、相位等波动,但这一频段的电磁波传播比较稳定,受电离层骚扰和高空核爆炸的影响较小,通信可靠。

甚长波穿透海水能力较强,适用于对水下舰艇的远距离通信、海面舰艇的通信、以及时间和频率标准的广播。10kHz左右的甚长波也被用于传播奥米加无线电导航信号。这一频段大气噪声干扰大、波长长、天线效率较低,发信机功率较大(一般从十几千瓦到数兆瓦),天线尺寸也很大。

甚长波通信的特点是系统庞大、占地广、功率大、造价高、天线回路Q值高、天线电压高、通带较窄,只能通电报或低速数据,速率一般为数十波特。

超长波通信也称超低频(SLF)通信。超长波指波长范围为10 000km至1 000km(频率为30~300Hz)的电磁波。国外习惯称这一频段为极低频(ELF),至今仍有沿用;国际电信联盟正式划定这一频段为SLF。这一频段的电磁波传播十分稳定,在海水中衰减很小(频率75Hz时衰减约为0.3dB/m),对海水穿透能力很强,可深达100m以上,75Hz频率的电磁波在陆地上传播衰减也只有1.3dB/1 000km。这一频段可用于对远距离和在大深度下航行的战略导弹核舰艇的通信。由于波长很长(75HZ波长为4 000km),发射天线由长达数十甚至上百公里的两端接地的导线组成(埋地或低架),并选用花岗岩等导电率极低的地区做发信场地。当电流流经地层形成回路时,因导电率很低,其集肤深度很深,从而形成一个等效环形发射天线,如图所示,其辐射图呈8字形,利用相互垂直的两根导线可形成全向天线。天线效率很低,(即使发信机为兆瓦级,辐射功率也仅有几瓦)。在接收端还需采用许多先进技术,如MSK(最小移频键控)调制和卷积编码序列译码等,并用计算机对接收信号进行处理以获取在很低信噪比条件下检测到微弱信号的效果。通信速率很低,一个码元长达三十多秒,只能发很简短报文。有时这种通信只起到“振铃”作用,舰艇在深水中收到信号就上浮到一定深度再用甚长波接收岸上发来的正式报文。

极长波通信也称极低频(ELF)通信。极长波指波长长于10万公里(频率5~30Hz)的电磁波。这一频段的电磁波在陆地和海水中传播衰减都很小,用于对数百米海水下的舰艇进行通信是很有前途的,但因波长太长,用一般常规技术很难实现。


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