Cùng phương pháp liên lạc với tàu ngầm ở độ sâu 40-50 m trên sóng ELF, việc ứng dụng thông tin liên lạc với tàu ngầm trên sóng VLF có thể thực hiện khi tàu ngầm ở khoảng cách hàng ngàn km, sử dụng anten ngay dưới mặt nước (8-10 m), là một giải pháp quân sự bí mật. Tuy nhiên với trạm phát có bãi ăng-ten rộng nhiều km2, với nguồn cung cấp cỡ megawatt đòi hỏi chi phí vận hành và bảo dưỡng vô cùng đắt đỏ.
Tần số rất thấp:
– Dải tần số: 3-30 kHz.
– Dải bước sóng: 100-10 km.
Tần số rất thấp VLF (Very low frequency) là ký hiệu ITU dành cho các tần số vô tuyến trong dải 3-30 kHz, tương ứng với các bước sóng từ 100 đến 10 km. Dải này còn được gọi là dải myriameter hoặc sóng myriameter vì các bước sóng nằm trong khoảng từ 1 đến 10 myriameter (một đơn vị số liệu lỗi thời bằng 10 km). Do băng thông hạn chế, việc truyền âm thanh (thoại) rất khó thực hiện trong băng tần này và do đó chỉ có tốc độ dữ liệu thấp tín hiệu mã hóa được sử dụng. Băng tần VLF được sử dụng cho một số dịch vụ điều hướng vô tuyến, đài phát thanh thời gian của chính phủ (phát tín hiệu thời gian để đặt đồng hồ vô tuyến) và để liên lạc quân sự an toàn. Vì sóng VLF có thể thâm nhập ít nhất 40 m vào nước mặn, nên chúng được sử dụng để liên lạc quân sự với tàu ngầm.
Đặc điểm truyền âm
Do có bước sóng dài, sóng vô tuyến VLF có thể nhiễu xạ xung quanh các chướng ngại vật lớn và do đó không bị chặn bởi các dãy núi và có thể lan truyền dưới dạng sóng mặt đất theo độ cong của Trái đất và do đó không bị giới hạn bởi đường chân trời. Sóng đất được hấp thụ bởi điện trở của Trái đất và ít ưu thế hơn ngoài vài trăm đến hàng nghìn dặm, và phương thức truyền đường dài chính là cơ chế ống dẫn sóng tầng điện ly của Trái đất. Trái đất được bao quanh bởi một lớp dẫn điện gồm các electron và ion trong tầng khí quyển phía trên ở dưới cùng của tầng điện ly gọi là lớp D ở độ cao 60-90 km, phản xạ sóng vô tuyến VLF. Tầng điện ly dẫn điện và Trái đất dẫn điện tạo thành một “ống dẫn” nằm ngang cao vài bước sóng VLF, hoạt động như một ống dẫn sóng giữ các sóng để chúng không thoát ra ngoài không gian. Các sóng di chuyển theo đường ngoằn ngoèo quanh Trái đất, được phản xạ luân phiên bởi Trái đất và tầng điện ly, ở chế độ từ trường ngang TM (transverse magnetic).
Sóng VLF có độ suy giảm đường đi rất thấp, 2-3 dB trên 1.000 km, với rất ít hiện tượng “mờ dần” ở các tần số cao hơn. Điều này là do sóng VLF bị phản xạ từ đáy của tầng điện ly, trong khi các tín hiệu sóng ngắn tần số cao hơn được quay trở lại Trái đất từ các lớp cao hơn trong tầng điện ly, lớp F1 và F2, bởi một quá trình khúc xạ và dành phần lớn hành trình của chúng trong tầng điện ly, vì vậy chúng bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi gradient ion hóa và nhiễu loạn. Do đó, đường truyền của VLF rất ổn định và đáng tin cậy, được sử dụng để liên lạc đường dài. Khoảng cách lan truyền 5.000-20.000 km đã được hiện thực hóa. Tuy nhiên, tiếng ồn trong khí quyển (“sferics”) ở mức cao trong dải, bao gồm các hiện tượng như “tiếng huýt sáo”, do sét gây ra.
– Sóng VLF có thể xuyên qua nước biển ở độ sâu ít nhất 10-40 m, tùy thuộc vào tần số được sử dụng và độ mặn của nước, vì vậy chúng được sử dụng để liên lạc với tàu ngầm.
– Sóng VLF ở những tần số nhất định đã được phát hiện là gây ra kết tủa điện tử.
– Sóng VLF được sử dụng để liên lạc với tàu ngầm đã tạo ra một bong bóng nhân tạo xung quanh Trái đất có thể bảo vệ nó khỏi các tia lửa mặt trời và các vụ phun trào nhật hoa; điều này xảy ra thông qua tương tác với các hạt bức xạ năng lượng cao.
Ăng-ten
Một nhược điểm thực tế lớn đối với băng tần VLF là do độ dài của sóng nên không thể xây dựng các ăng-ten cộng hưởng kích thước đầy đủ (ăng-ten lưỡng cực nửa sóng hoặc ăng-ten đơn cực 1/4 sóng do chiều cao vật lý của chúng. Phải sử dụng ăng-ten dọc vì sóng VLF truyền theo phân cực dọc, nhưng ăng-ten dọc 1/4 sóng ở 30 kHz (bước sóng 10 km) sẽ cao 2,5 km. Vì vậy, các ăng-ten phát thực tế ngắn về điện, một phần nhỏ của chiều dài mà tại đó chúng sẽ tự cộng hưởng. Do khả năng chống bức xạ thấp (thường nhỏ hơn 1 ohm), chúng không hiệu quả, chỉ tỏa ra tối đa 10% đến 50% công suất máy phát, phần năng lượng còn lại tiêu tán trong điện trở của ăng-ten/hệ thống mặt đất. Cần có các máy phát công suất rất cao (~1 megawatt) để liên lạc ở khoảng cách xa, vì vậy hiệu quả của ăng-ten là một yếu tố quan trọng.
Ăng-ten phát VLF
Các trạm phát VLF công suất cao sử dụng ăng-ten đơn cực nạp điện dung. Đây là những ăng-ten dây rất lớn, dài tới vài km. Chúng bao gồm một loạt các cột radio bằng thép, được liên kết ở phía trên bằng một mạng lưới cáp, thường có hình dạng giống như một chiếc ô hoặc dây phơi. Bản thân các tháp hoặc dây dọc đóng vai trò là bộ tản nhiệt đơn cực và các dây cáp nằm ngang tạo thành tải trên điện dung để tăng dòng điện trong dây dọc, tăng công suất bức xạ và hiệu suất của ăng-ten. Các trạm công suất cao sử dụng các biến thể trên ăng-ten ô như ăng-ten “delta” và “trideco ” hoặc ăng-ten phẳng (triatic) nhiều dây. Đối với các bộ phát công suất thấp, ăng-ten chữ L và T ngược được sử dụng.
Do khả năng chống bức xạ thấp, để giảm thiểu năng lượng tiêu tán trong lòng đất, các ăng-ten này yêu cầu các hệ thống nối đất (tiếp đất) có điện trở cực thấp, bao gồm các mạng hướng tâm gồm các dây đồng chôn dưới ăng-ten. Để giảm thiểu tổn thất điện môi trong đất, dây dẫn đất được chôn nông, chỉ vài inch trong đất và bề mặt đất gần ăng-ten được bảo vệ bằng màn chắn đất bằng đồng. Các hệ thống chống độc cũng đã được sử dụng, bao gồm các mạng cáp đồng xuyên tâm được đỡ cách mặt đất vài feet dưới ăng-ten.
Cần có một cuộn dây tải lớn tại điểm tiếp sóng của ăng-ten triệt tiêu điện dung của ăng-ten để làm cho nó cộng hưởng. Tại VLF, việc thiết kế cuộn dây này là một thách thức; nó phải có điện trở thấp ở tần số RF đang hoạt động, Q cao và phải chịu được điện áp cực cao trên ăng-ten. Điện trở RF thường được giảm bằng cách sử dụng dây litz.
Điện dung và độ tự cảm cao cũng như điện trở thấp của tổ hợp cuộn dây tải ăng-ten làm cho nó hoạt động bằng điện giống như một mạch điều chỉnh Q cao. Ăng-ten VLF có băng thông rất hẹp và để thay đổi tần số phát cần có một cuộn cảm thay đổi (máy đo biến thiên) để điều chỉnh ăng-ten. Các ăng-ten VLF lớn được sử dụng cho các máy phát công suất cao thường có băng thông chỉ 50-100 Hz và khi truyền khóa chuyển tần FSK (Frequency-shift keying), chế độ thông thường, tần số cộng hưởng của ăng-ten đôi khi phải được dịch chuyển động theo điều chế, giữa hai tần số FSK. Q cao dẫn đến điện áp rất cao (lên đến 200 kV) trên ăng-ten và cần phải có lớp cách điện rất tốt. Ăng-ten VLF lớn thường hoạt động ở chế độ “giới hạn điện áp”: công suất tối đa của máy phát bị giới hạn bởi điện áp mà ăng-ten có thể chấp nhận nếu không có sự cố do không khí, hào quang và hồ quang từ ăng-ten.
Điều chỉnh ăng-ten động
Băng thông của ăng-ten VLF tải điện dung lớn quá hẹp (50-100 Hz) đến mức ngay cả những thay đổi tần số nhỏ của điều chế FSK và MSK cũng có thể vượt quá nó, khiến ăng-ten mất cộng hưởng, khiến ăng-ten phản xạ một số năng lượng xuống đường cấp dữ liệu. Giải pháp truyền thống là sử dụng “điện trở băng thông” trong ăng-ten giúp giảm Q, tăng băng thông; tuy nhiên điều này cũng làm giảm sản lượng điện. Một giải pháp thay thế gần đây được sử dụng trong một số máy phát VLF quân sự là một mạch tự động thay đổi tần số cộng hưởng của ăng-ten giữa hai tần số đầu ra bằng điều chế. Điều này được thực hiện với một lò phản ứng bão hòa nối tiếp với cuộn tải anten. Đây là cuộn cảm lõi sắt từ với cuộn dây điều khiển thứ hai chạy qua dòng điện một chiều, điều khiển độ tự cảm bằng cách từ hóa lõi, thay đổi độ từ thẩm của nó. Luồng dữ liệu tạo khóa được áp dụng cho cuộn dây điều khiển. Vì vậy, khi tần số của máy phát được dịch chuyển giữa tần số “1” và “0”, cuộn kháng bão hòa sẽ thay đổi độ tự cảm trong mạch cộng hưởng của ăng ten để dịch chuyển tần số cộng hưởng của ăng-ten theo tần số của máy phát.
Ăng-ten thu sóng VLF
Các yêu cầu đối với ăng-ten thu ít nghiêm ngặt hơn do mức nhiễu khí quyển tự nhiên cao trong băng tần. Ở tần số VLF, tiếng ồn vô tuyến trong khí quyển vượt xa tiếng ồn của máy thu do mạch máy thu đưa vào và xác định tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm của máy thu. Vì vậy, có thể sử dụng các ăng-ten thu nhỏ không hiệu quả và tín hiệu điện áp thấp từ ăng-ten có thể được khuếch đại đơn giản bởi máy thu mà không gây ra nhiễu đáng kể. Ăng-ten vòng Ferrite thường được sử dụng để tiếp nhận.
Điều chế
Do băng thông nhỏ của băng tần và băng thông cực kỳ hẹp của ăng-ten được sử dụng nên việc truyền tín hiệu âm thanh (điện thoại vô tuyến AM hoặc FM) là không thực tế. Tín hiệu vô tuyến AM điển hình có băng thông 10 kHz sẽ chiếm 1/3 băng tần VLF. Quan trọng hơn, sẽ rất khó để truyền bất kỳ khoảng cách nào vì nó sẽ yêu cầu ăng-ten có băng thông gấp 100 lần so với ăng-ten VLF hiện tại, do giới hạn Chu-Harrington sẽ có kích thước rất lớn. Do đó, chỉ có thể truyền dữ liệu văn bản ở tốc độ bit thấp. Trong mạng quân sự điều chế khóa chuyển tần (FSK) được sử dụng để truyền dữ liệu kiểu điện báo vô tuyến sử dụng mã ký tự 5 bit ITA2 hoặc 8 bit ASCII. Một sự thay đổi tần số nhỏ 30-50 Hz được sử dụng do băng thông của ăng-ten nhỏ.
Trong các máy phát VLF công suất cao, để tăng tốc độ dữ liệu cho phép, một dạng FSK đặc biệt được gọi là khóa chuyển tối thiểu MSK (Frequency-shift keying) được sử dụng. Điều này là cần thiết do Q cao của ăng-ten. Ăng-ten tải điện dung khổng lồ và cuộn dây tải tạo thành mạch điều chỉnh Q cao, lưu trữ năng lượng điện dao động. Q của ăng-ten VLF lớn thường trên 200; điều này có nghĩa là ăng-ten lưu trữ nhiều năng lượng hơn (gấp 200 lần) năng lượng được cung cấp hoặc bức xạ trong bất kỳ chu kỳ nào của dòng máy phát. Năng lượng được lưu trữ luân phiên dưới dạng năng lượng tĩnh điện trong hệ thống tải trên và nối đất, và năng lượng từ tính trong dây dọc và cuộn tải. Ăng-ten VLF thường hoạt động “giới hạn điện áp”, với điện áp trên ăng-ten gần với giới hạn mà lớp cách điện chịu được, vì vậy chúng sẽ không chịu được bất kỳ sự thay đổi đột ngột nào về điện áp hoặc dòng điện từ máy phát mà không gây ra hồ quang hoặc các sự cố cách điện khác. Như được mô tả bên dưới, MSK có thể điều chỉnh sóng truyền ở tốc độ dữ liệu cao hơn mà không gây ra xung điện áp trên ăng-ten.
Ba loại điều chế đã được sử dụng trong các máy phát VLF là:
Sóng liên tục CW (Continuous Wave), Sóng liên tục bị gián đoạn ICW (Interrupted Continuous Wave) hoặc Khóa bật tắt
Truyền vô tuyến mã Morse với sóng mang không điều chế. Sóng mang được bật và tắt, với sóng mang được bật đại diện cho “tạch” và “tè” của mã Morse và sóng mang tắt đại diện cho khoảng trắng. Hình thức truyền dữ liệu vô tuyến đơn giản và sớm nhất, được sử dụng từ đầu thế kỷ XX đến những năm 1960 trong các trạm VLF thương mại và quân sự. Do ăng-ten Q cao, sóng mang không thể bật và tắt đột ngột mà cần một thời gian dài liên tục, nhiều chu kỳ, để tích lũy năng lượng dao động trong ăng-ten khi sóng mang bật và nhiều chu kỳ để tiêu tán năng lượng dự trữ khi tàu sân bay tắt. Điều này giới hạn tốc độ dữ liệu có thể được truyền tới 15-20 từ/phút. CW hiện chỉ được sử dụng trong các máy phát nhỏ có phím bấm bằng tay và để thử nghiệm các máy phát lớn.
Khóa chuyển tần FSK (Frequency-shift keying)
FSK là hình thức điều chế dữ liệu vô tuyến kỹ thuật số lâu đời nhất và đơn giản thứ hai, sau CW. Đối với FSK, sóng mang dịch chuyển giữa hai tần số, một đại diện cho chữ số nhị phân ‘1’ và tần số kia đại diện cho nhị phân ‘0’. Ví dụ: tần số 9070 Hz có thể được sử dụng để biểu thị ‘1’ và tần số 9020 Hz, thấp hơn 50 Hz, để biểu thị ‘0’. Hai tần số được tạo ra bởi một bộ tổng hợp tần số chạy liên tục. Máy phát được chuyển đổi định kỳ giữa các tần số này để biểu thị mã ASCII 8 bit cho các ký tự của tin nhắn. Một vấn đề ở VLF là khi thay đổi tần số, hai sóng hình sin thường có pha khác nhau, tạo ra sự chuyển pha đột ngột nhất thời có thể gây ra hồ quang điện trên ăng-ten. Để tránh hồ quang điện, FSK chỉ có thể được sử dụng ở tốc độ chậm 50-75 bit/s.
Khóa chuyển tối thiểu MSK (Minimum-shift keying)
Phiên bản pha liên tục của FSK được thiết kế dành riêng cho băng thông nhỏ, phiên bản này đã được các trạm VLF hải quân áp dụng vào những năm 1970 để tăng tốc độ dữ liệu và hiện là chế độ tiêu chuẩn được sử dụng trong các máy phát VLF quân sự. Nếu hai tần số đại diện cho “1” và “0” cách nhau 50 Hz, sự thay đổi tần số tiêu chuẩn được sử dụng trong các trạm VLF quân sự, thì các pha của chúng trùng khớp nhau sau mỗi 20 ms. Trong MSK, tần số của máy phát chỉ được chuyển đổi khi hai sóng hình sin có cùng pha, tại điểm cả hai sóng hình sin cắt nhau theo cùng một hướng. Điều này tạo ra sự chuyển tiếp mượt mà liên tục giữa các sóng, tránh hiện tượng quá độ có thể gây ra ứng suất và phóng điện hồ quang trên ăng-ten. MSK có thể được sử dụng ở tốc độ dữ liệu lên tới 300 bit/s hoặc khoảng 35 ký tự ASCII (8 bit mỗi giây, khoảng 450 từ mỗi phút).
Các ứng dụng
Điện báo không dây sớm
Trong lịch sử, băng tần này được sử dụng cho liên lạc vô tuyến đường dài xuyên đại dương trong kỷ nguyên điện báo không dây từ khoảng năm 1905 đến năm 1925. Các quốc gia đã xây dựng mạng lưới các trạm điện báo vô tuyến LF và VLF công suất cao truyền thông tin văn bản bằng mã Morse, để liên lạc với các quốc gia khác, thuộc địa của họ, và hạm đội hải quân. Những nỗ lực ban đầu đã được thực hiện để sử dụng điện thoại vô tuyến sử dụng điều chế biên độ và điều chế một biên trong dải bắt đầu từ 20 kHz, nhưng kết quả không đạt yêu cầu vì băng thông khả dụng không đủ để chứa các dải biên.
Vào những năm 1920, việc phát hiện ra phương pháp truyền vô tuyến sóng bầu trời (vượt qua) cho phép các máy phát công suất thấp hơn hoạt động ở tần số cao liên lạc ở những khoảng cách tương tự bằng cách phản xạ sóng vô tuyến của chúng khỏi một lớp nguyên tử bị ion hóa trong tầng điện ly và các trạm liên lạc vô tuyến đường dài đã chuyển đổi đến tần số sóng ngắn. Máy phát Grimeton VLF tại Grimeton gần Varberg ở Thụy Điển, một trong số ít máy phát còn lại từ thời kỳ đó đã được bảo tồn như một di tích lịch sử, công chúng có thể đến thăm vào những thời điểm nhất định, chẳng hạn như vào Ngày Alexanderson.
Đèn hiệu điều hướng và tín hiệu thời gian
Do khoảng cách lan truyền dài và đặc tính pha ổn định, trong thế kỷ XX, băng tần VLF được sử dụng cho các hệ thống định vị vô tuyến hypebol tầm xa, cho phép tàu và máy bay xác định vị trí địa lý của chúng bằng cách so sánh pha của sóng vô tuyến nhận được từ đèn hiệu định hướng VLF cố định.
Hệ thống Omega trên toàn thế giới đã sử dụng tần số từ 10 đến 14 kHz, hệ thống Alpha của Nga cũng vậy.
VLF cũng được sử dụng cho các chương trình phát sóng theo thời gian và tần số tiêu chuẩn. Tại Hoa Kỳ, trạm tín hiệu thời gian WWVL bắt đầu truyền tín hiệu 500 W trên 20 kHz vào tháng 8/1963. Trạm này sử dụng khóa dịch chuyển tần số (FSK) để gửi dữ liệu, dịch chuyển giữa 20 kHz và 26 kHz. Dịch vụ WWVL đã bị ngừng vào tháng 7/1972.
Đo lường địa vật lý và khí quyển
Các tín hiệu xuất hiện tự nhiên trong dải VLF được các nhà địa vật lý sử dụng để xác định vị trí tia sét tầm xa và để nghiên cứu các hiện tượng khí quyển như cực quang. Các phép đo của tiếng rít được sử dụng để suy ra các tính chất vật lý của từ quyển.
Các nhà địa vật lý sử dụng máy thu điện từ VLF để đo độ dẫn điện ở bề mặt gần Trái đất.
Các tín hiệu VLF có thể được đo như một khảo sát điện từ địa vật lý dựa trên các dòng truyền dẫn gây ra các phản ứng thứ cấp trong các đơn vị địa chất dẫn điện. Sự bất thường của VLF thể hiện sự thay đổi về thái độ của vectơ điện từ nằm trên các vật liệu dẫn điện ở lớp dưới bề mặt.
Thông tin liên lạc quân sự
Máy phát VLF mạnh mẽ được quân đội sử dụng để liên lạc với các lực lượng của họ trên toàn thế giới. Ưu điểm của tần số VLF là tầm xa, độ tin cậy cao và dự đoán rằng trong chiến tranh hạt nhân, thông tin liên lạc của VLF sẽ ít bị gián đoạn bởi vụ nổ hạt nhân hơn tần số cao hơn. Vì nó có thể xâm nhập vào nước biển, VLF được quân đội sử dụng để liên lạc với các tàu ngầm gần bề mặt, trong khi tần số ELF được sử dụng cho các tàu ngầm lặn sâu.
Ví dụ về máy phát VLF hải quân là:
– Trạm truyền Skelton của Anh ở Skelton, Cumbria.
– DHO38 của Đức ở Rhauderfehn, truyền trên 23,4 kHz với công suất 800 kW.
– Đài phát thanh hải quân Jim Creek của Hoa Kỳ ở Oso, bang Washington, phát trên tần số 24,8 kHz với công suất 1,2 MW.
– Đài phát thanh hải quân Cutler của Hoa Kỳ tại Cutler, Maine truyền trên 24 kHz với 1,8 MW.
Kể từ năm 2004, Hải quân Hoa Kỳ đã ngừng sử dụng đường truyền ELF, với tuyên bố rằng những cải tiến trong liên lạc VLF khiến chúng trở nên không cần thiết, vì vậy họ có thể đã phát triển công nghệ cho phép tàu ngầm nhận đường truyền VLF khi ở độ sâu hoạt động.
Thông tin liên lạc dưới mặt đất và tàu ngầm
Máy phát trên đất liền và trên máy bay công suất cao ở các quốc gia vận hành tàu ngầm gửi tín hiệu có thể nhận được cách xa hàng nghìn dặm. Các vị trí máy phát thường có diện tích lớn (nhiều km vuông), với công suất truyền tải ở bất kỳ đâu từ 20 kW đến 2.000 kW. Tàu ngầm nhận tín hiệu từ các máy phát trên đất liền và trên máy bay bằng cách sử dụng một số dạng ăng-ten kéo nổi ngay dưới mặt nước – ví dụ như ăng-ten mảng cáp nổi BCAA (Buoyant Cable Array Antenna).
Máy thu hiện đại sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu kỹ thuật số tinh vi để loại bỏ ảnh hưởng của nhiễu khí quyển (phần lớn do sét đánh trên khắp thế giới gây ra) và tín hiệu kênh lân cận, mở rộng phạm vi thu hữu ích. Máy bay ném bom hạt nhân chiến lược của Lực lượng Không quân Hoa Kỳ nhận tín hiệu VLF như một phần của các hoạt động kiên cường hạt nhân.
Có thể sử dụng hai bộ ký tự thay thế: ITA2 5 bit hoặc ASCII 8 bit. Bởi vì đây là những đường truyền quân sự nên chúng hầu như luôn được mã hóa vì lý do bảo mật. Mặc dù tương đối dễ dàng để nhận các đường truyền và chuyển đổi chúng thành một chuỗi ký tự, nhưng kẻ thù không thể giải mã các thông báo được mã hóa; thông tin liên lạc quân sự thường sử dụng mật mã đệm một lần không thể phá vỡ vì lượng văn bản quá nhỏ.
VLF cũng có thể xuyên qua đất và đá ở một khoảng cách nào đó, vì vậy các tần số này cũng được sử dụng cho các hệ thống thông tin liên lạc trong mỏ xuyên lòng đất.
Sử dụng nghiệp dư
Dải tần dưới 8,3 kHz không được Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) phân bổ và ở một số quốc gia có thể được sử dụng không cần giấy phép. Đài nghiệp dư ở một số quốc gia đã được cấp phép (hoặc được cho phép) để hoạt động ở tần số dưới 8,3 kHz.
Các hoạt động có xu hướng tập trung xung quanh các tần số 8,27 kHz; 6,47 kHz; 5,17 kHz và 2,97 kHz. Quá trình truyền thường kéo dài từ một giờ đến vài ngày và cả máy thu và máy phát phải khóa tần số của chúng ở một tham chiếu ổn định, chẳng hạn như bộ tạo dao động có kỷ luật GPS hoặc tiêu chuẩn rubidi để hỗ trợ phát hiện và giải mã nhất quán trong thời gian dài như vậy.
Thiết bị nghiệp dư
Công suất bức xạ từ các trạm nghiệp dư là rất nhỏ, dao động từ 1 μW đến 100 μW đối với ăng-ten của trạm gốc cố định và lên đến 10 mW đối với ăng-ten diều hoặc khinh khí cầu. Mặc dù có công suất thấp, sự lan truyền ổn định với độ suy giảm thấp trong khoang tầng điện ly của trái đất cho phép sử dụng băng thông rất hẹp để đạt được khoảng cách lên tới vài nghìn km. Các chế độ được sử dụng là QRSS, MFSK và BPSK nhất quán.
Máy phát thường bao gồm một bộ khuếch đại âm thanh vài trăm watt, một biến áp phù hợp trở kháng, một cuộn dây tải và một ăng-ten dây lớn. Máy thu sử dụng đầu dò điện trường hoặc ăng-ten vòng từ tính, bộ tiền khuếch đại âm thanh nhạy cảm, biến áp cách ly và card âm thanh PC để số hóa tín hiệu. Xử lý tín hiệu kỹ thuật số mở rộng là cần thiết để lấy lại các tín hiệu yếu từ bên dưới sự can thiệp từ sóng hài đường dây điện và khí quyển vô tuyến VLF. Cường độ tín hiệu nhận được hữu ích thấp tới 3×10 – 8 vôn/mét (điện trường) và 1×10 – 16 tesla (từ trường), với tốc độ báo hiệu thường từ 1 đến 100 bit mỗi giờ.
Tiếp nhận dựa trên máy tính cá nhân
Tín hiệu VLF thường được theo dõi bởi những người nghiệp dư vô tuyến sử dụng máy thu vô tuyến VLF tự chế đơn giản dựa trên máy tính cá nhân (PC). Một ăng-ten ở dạng một cuộn dây cách điện được kết nối với đầu vào của soundcard PC (thông qua giắc cắm) và đặt cách xa nó vài mét. Phần mềm biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier transform) kết hợp với card âm thanh cho phép tiếp nhận đồng thời tất cả các tần số dưới tần số Nyquist ở dạng chương trình quang phổ.
Vì màn hình CRT là nguồn nhiễu mạnh trong phạm vi VLF, nên ghi lại các biểu đồ quang phổ khi tắt bất kỳ màn hình PC CRT nào. Các phổ này hiển thị nhiều tín hiệu, có thể bao gồm các máy phát VLF và độ lệch chùm tia điện tử nằm ngang của TV. Độ mạnh của tín hiệu nhận được có thể thay đổi theo sự xáo trộn đột ngột của tầng điện ly. Những điều này làm cho mức độ ion hóa tăng lên trong tầng điện ly tạo ra sự thay đổi nhanh chóng về biên độ và pha của tín hiệu VLF nhận được.
Băng tần radio:
+ ITU: 1 (ELF); 2 (SLF); 3 (ULF); 4 (VLF); 5 (LF); 6 (MF); 7 (HF); 8 (VHF); 9 (UHF); 10 (SHF); 11 (EHF); 12 (THF).
+ EU / NATO / US ECM: A; B; C; D; E; F; G; H; I; J; K; L; M; N.
+ IEEE: HF; VHF; UHF; L; S; C; X; Ku; K; Ka; V; W; mm.
+ TV và đài phát thanh khác: I; II; III; IV; V; VI; VII; v; t; e.
