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極低頻頻率為3Hz至30Hz的無線電波極低頻（Extremely low frequency）是指頻率由3Hz至30Hz，波長10000公里至100000公里的無線電波。而多數(shù)給美軍及俄羅斯軍方用作和潛艇溝通?？偨Y(jié)一下：極低頻（頻率為3Hz至30Hz的無線電波）極低頻
頻率為3Hz至30Hz的無線電波
極低頻（Extremely low frequency）是指頻率由3Hz至30Hz，波長10000公里至100000公里的無線電波。而多數(shù)給美軍及俄羅斯軍方用作和潛艇溝通。
基本信息
| 中文名 | 極低頻 |
| 外文名 | Extremely low frequency |
| 類型 | |
| 作用 | 軍事裝備武器和潛艇溝通 |
概述闡述
極低頻（ExtremelyLowFrequency，ELF）是ITU指定為頻率由3Hz至30Hz，波長10,000公里至100,000公里的無線電波。
在大氣科學(xué)中，通常給出從
到
的替代定義。在相關(guān)的磁層科學(xué)中，較低頻率的電磁振蕩（在
以下發(fā)生的脈動(dòng)）被認(rèn)為是位于超低頻(ULF)范圍，因此也被定義為與ITU無線電頻段不同。
ELF無線電波是由地球磁場中的閃電和自然干擾產(chǎn)生的，所以它們是大氣科學(xué)家研究的課題。由于建造可以輻射如此長的波的天線的困難，ELF頻率僅在極少數(shù)人造通信系統(tǒng)中使用。ELF波可以穿透海水，這使得它們可以與潛艇進(jìn)行通信。美國，俄羅斯和印度是唯一已知建造ELF通信設(shè)施的國家。美國的設(shè)施在1985年到2004年之間使用，但現(xiàn)在已經(jīng)退役。
替代定義
傳播途徑
地球大氣中的ELF電磁波的典型譜，顯示了由舒曼共振引起的峰值。舒曼共振是球形地球-電離層空腔的共振頻率。擊打?qū)е虑惑w像鐘形一樣“振鈴”，從而在噪聲頻譜中引起峰值。50赫茲的功率峰值是由全球電網(wǎng)的輻射引起的。低頻噪聲的上升是由于地球磁層的緩慢過程引起的無線電噪聲。
由于它們的波長極長，極低頻波可以在大的障礙物周圍衍射，并且不被山脈或地平線阻擋，并且可以繞著地球的曲線行進(jìn)。ELF和VLF波通過地球-電離層波導(dǎo)機(jī)制長距離傳播。地球在大氣層底部約60公里處被大氣中的一層帶電粒子（離子）所包圍電離層，稱為反映極低頻波的D層。導(dǎo)電的地球表面和導(dǎo)電的D層之間的空間充當(dāng)平行板波導(dǎo)限制ELF波，允許他們長距離傳播而不會(huì)逃入太空。在對(duì)比VLF波，該層的高度比在ELF頻率之一波長小得多，這樣就可以在ELF頻率傳播的唯一模式是TEM模式在垂直極化，與電場垂直和磁場水平。ELF波的衰減極低，每千米1?2dB使得單個(gè)發(fā)射器具有在全世界進(jìn)行通信的潛力。
ELF波也可以通過像“地球”和“海水”這樣的“損耗”介質(zhì)傳播相當(dāng)長的距離，這會(huì)吸收或反射更高頻率的無線電波。
舒曼共振
ELF波的衰減非常低，以至于它們可以在衰減到可以忽略的幅度之前完全繞地球傳播幾次，并且因此在大圓路徑上環(huán)繞地球的從源以相反方向輻射的波互相干擾。在某些頻率這些方向相反的波是同相的，并添加（加強(qiáng)），引起駐波。換句話說，閉合的球形地球-電離層空腔充當(dāng)巨大的空腔諧振器，以其諧振頻率增強(qiáng)ELF輻射。這些被德國物理學(xué)家稱為舒曼共振奧托·舒曼（WinfriedOttoSchumann）于1952年預(yù)言他們，并在20世紀(jì)50年代被發(fā)現(xiàn)。Schumann計(jì)算出的共振頻率應(yīng)該是：
潛艇通訊
在美國海軍利用非常低的頻率（的ELFs）為無線電頻帶和無線電通信。該潛艇集成天線系統(tǒng)（SIAS）是一家以研發(fā)努力與水下潛艇進(jìn)行通信。所述的蘇聯(lián)/俄羅斯海軍還利用的ELFs海底通信系統(tǒng)，ZEVS。所述的印度海軍具有位于操作ELF通信設(shè)施INSKattabomman軍港與其進(jìn)行通信ARIHANT類和阿庫拉類潛艇。
說明事項(xiàng)
由于海水的導(dǎo)電性，海水可以屏蔽來自大多數(shù)高頻無線電波的潛艇，因此無法與普通頻率的潛水艇進(jìn)行無線電通信。ELF頻率范圍的信號(hào)可以穿透得更深。有兩個(gè)因素限制了ELF通信信道的有用性：由于在潛艇上安裝所需尺寸天線的不切實(shí)際性，每分鐘幾個(gè)字符的低數(shù)據(jù)傳輸速率和較小程度的單向性為了實(shí)現(xiàn)成功的通信，天線需要具有特殊的尺寸）。一般來說，ELF信號(hào)被用來命令潛艇上升到一個(gè)淺的深度，在那里它可以接收一些其他形式的通信。
ELF通信
在ELF頻率范圍內(nèi)廣播時(shí)遇到的困難之一是天線的尺寸，因?yàn)樘炀€的長度必須至少是波長的大部分。簡而言之，3赫茲（每秒周期）信號(hào)的波長等于電磁波在三分之一秒內(nèi)通過給定介質(zhì)的距離?？紤]到折射率，ELF波在真空中的傳播速度稍慢于光速。在軍事應(yīng)用中，波長為每秒299,792公里（186,282英里）除以50-85赫茲，相當(dāng)于大約3,500至6,000公里（2,200至3,700英里）長。這與地球相當(dāng)直徑12,742公里（7,918英里）。由于這個(gè)巨大的尺寸要求，使用ELF頻率在國際上傳輸，地球本身就構(gòu)成了天線的重要部分，并且需要極長的導(dǎo)線才能進(jìn)入地面。電子延長等各種手段被用來構(gòu)建小型實(shí)用無線電臺(tái)。
生態(tài)影響
對(duì)ELF信號(hào)可能對(duì)生態(tài)造成的影響有一些擔(dān)憂。1984年，聯(lián)邦法官停止施工，需要更多的環(huán)境和健康研究。美國聯(lián)邦上訴法院駁回了這一判決，理由是美國海軍宣稱花了2500多萬美元研究電磁場的影響，結(jié)果表明它們與標(biāo)準(zhǔn)配電線所產(chǎn)生的效果相似。這個(gè)判決并沒有被大家接受，而且在ELF被使用的時(shí)候，一些威斯康星州的政治家，如參議員赫爾·科爾，拉斯·費(fèi)因戈?duì)柕潞妥h員戴維·奧貝呼吁關(guān)閉。過去，人們對(duì)電磁輻射和健康問題也有類似的擔(dān)憂。
其他用途
在22赫茲范圍內(nèi)的變送器也在管道檢測儀中被發(fā)現(xiàn)，也被稱為“PIG”。信號(hào)是作為交變磁場產(chǎn)生的，變送器安裝在PIG上或者是PIG的一部分。PIG被推動(dòng)通過一個(gè)管道，主要由金屬制成。ELF信號(hào)可以通過外部的金屬來檢測。需要檢查一個(gè)PIG是否通過了某個(gè)位置，并找到一個(gè)卡住的PIG。
一些無線電監(jiān)測業(yè)余愛好者使用天線的尺寸從十八英寸有源天線到幾千英尺長，利用圍欄，高速公路護(hù)欄，甚至退役的鐵路軌道來記錄ELF信號(hào)，并以更高的速度回放以更容易觀察地球電磁場中自然的低頻波動(dòng)。增加播放速度會(huì)增加音調(diào)，以便將其帶入可聽的音頻范圍。
基于無線電于咸水的傳送特性，除了極低頻和超低頻外，通常無線電波不容易在海中傳送。雖然它可以在水中容易地傳送，但是ELF每分鐘可以傳送的訊號(hào)相對(duì)地較小，所以只是給美軍用作指示潛水艇進(jìn)入/離開海底。另外要有效傳送極低頻信號(hào)需要大型的天線，所以極低頻的使用不太普遍。
天然來源
天然ELF波存在于地球上，在電離層和地表之間的區(qū)域發(fā)生共振。它們是由雷擊引發(fā)，使大氣中的電子發(fā)生振蕩。分別主要由雷電放電產(chǎn)生雖然甚低頻信號(hào)，我們發(fā)現(xiàn)可觀察到的ELF組分（慢尾），隨后在幾乎所有情況下，VLF組件。地球-電離層空腔的基本模式具有波長等于地球，這給7.8赫茲的共振頻率的圓周上。這個(gè)頻率以及14，20，26和32Hz的較高諧振模式在ELF頻譜中表現(xiàn)為峰值，并被稱為舒曼共振。
極低頻相關(guān)的文章
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