Tần số cao HF (High frequency) hay cao tần là ký hiệu ITU cho dải sóng điện từ tần số vô tuyến (sóng vô tuyến) trong khoảng từ 3 đến 30 megahertz (MHz). Nó còn được gọi là dải decameter hoặc sóng decameter vì bước sóng của nó nằm trong khoảng từ 1 đến 10 decameter (10 đến 100 m). Các tần số ngay bên dưới HF được ký hiệu là tần số trung bình MF (medium frequency), trong khi dải tần số cao hơn tiếp theo được gọi là dải tần số rất cao VHF (very high frequency). Dải HF là một phần chính của dải tần số sóng ngắn, vì vậy thông tin liên lạc ở các tần số này thường được gọi là đài phát thanh sóng ngắn. Bởi vì sóng vô tuyến trong dải này có thể bị phản xạ trở lại Trái đất bởi tầng điện ly trong khí quyển – một phương pháp được gọi là lan truyền “skip” (bỏ qua) hoặc “skywave” (sóng bầu trời) – các tần số này phù hợp cho liên lạc đường dài xuyên lục địa và cho các địa hình đồi núi nơi ngăn chặn thông tin liên lạc line-of-sight (trong tầm nhìn). Băng tần này được sử dụng bởi các trạm phát sóng ngắn quốc tế (3,95-25,82 MHz), thông tin liên lạc hàng không, trạm thời gian của chính phủ, trạm thời tiết, đài nghiệp dư và dịch vụ ban tần công dân, trong số các mục đích sử dụng khác.
Phương thức liên lạc đường dài chiếm ưu thế trong dải tần này là sự lan truyền sóng bầu trời (“bỏ qua”), trong đó sóng vô tuyến hướng theo một góc vào bầu trời khúc xạ trở lại Trái đất từ các lớp nguyên tử bị ion hóa trong tầng điện ly. Bằng phương pháp này, sóng vô tuyến HF có thể truyền ra ngoài đường chân trời, quanh đường cong của Trái đất và có thể nhận được ở khoảng cách xuyên lục địa. Tuy nhiên, sự phù hợp của phần phổ này đối với giao tiếp như vậy thay đổi rất nhiều với sự kết hợp phức tạp của các yếu tố:
– Ánh sáng mặt trời/bóng tối tại nơi truyền và nhận.
– Máy phát / máy thu gần với thiết bị đầu cuối năng lượng mặt trời.
– Mùa.
– Chu kỳ vết đen mặt trời.
– Hoạt động năng lượng mặt trời.
– Cực quang.
Tại bất kỳ thời điểm nào, đối với đường truyền thông “bỏ qua” nhất định giữa hai điểm, tần số mà tại đó có thể truyền thông được chỉ định bởi các tham số này:
– Tần suất sử dụng tối đa MUF (Maximum usable frequency).
– Tần số cao có thể sử dụng thấp nhất LUF (Lowest usable high frequency) và
– Tần suất truyền tối ưu FOT (Frequency of optimum transmission).
Tần số có thể sử dụng tối đa thường xuyên giảm xuống dưới 10 MHz trong bóng tối trong những tháng mùa đông, trong khi vào mùa hè vào ban ngày, nó có thể dễ dàng vượt qua 30 MHz. Nó phụ thuộc vào góc tới của sóng; nó thấp nhất khi sóng hướng thẳng lên trên và cao hơn với các góc ít nhọn hơn. Điều này có nghĩa là ở những khoảng cách xa hơn, nơi sóng sượt qua tầng điện ly ở một góc rất tù, MUF có thể cao hơn nhiều. Tần số thấp nhất có thể sử dụng phụ thuộc vào sự hấp thụ ở lớp dưới của tầng điện ly (lớp D). Sự hấp thụ này mạnh hơn ở tần số thấp và cũng mạnh hơn khi hoạt động của mặt trời tăng lên (ví dụ như trong ánh sáng ban ngày); hấp thụ toàn phần thường xảy ra ở tần số dưới 5 MHz vào ban ngày. Kết quả của hai yếu tố này là phổ có thể sử dụng chuyển sang tần số thấp hơn và vào dải Tần số Trung bình (MF) trong các đêm mùa đông, trong khi vào một ngày trong suốt mùa hè, các tần số cao hơn có xu hướng sử dụng được nhiều hơn, thường là ở phạm vi VHF thấp hơn.
Khi tất cả các yếu tố ở mức tối ưu, có thể giao tiếp trên toàn thế giới trên HF. Vào nhiều thời điểm khác, có thể thực hiện liên lạc giữa các lục địa hoặc đại dương. Tồi tệ nhất, khi một băng tần “chết”, không thể liên lạc nào vượt ra ngoài các đường dẫn sóng đất hạn chế bất kể sức mạnh, ăng-ten hoặc công nghệ nào khác được sử dụng. Khi một đường dẫn xuyên lục địa hoặc trên toàn thế giới được mở trên một tần số cụ thể, có thể truyền thông kỹ thuật số, SSB và mã Morse bằng cách sử dụng công suất truyền thấp đáng ngạc nhiên, thường ở mức milliwatt, với điều kiện là ăng-ten phù hợp được sử dụng ở cả hai đầu và có rất ít hoặc không có sự can thiệp nhân tạo hoặc tự nhiên. Trên một băng tần mở như vậy, nhiễu bắt nguồn từ một khu vực rộng ảnh hưởng đến nhiều người dùng tiềm năng. Những vấn đề này có ý nghĩa quan trọng đối với những người sử dụng vô tuyến quân sự, an toàn và nghiệp dư của các băng tần HF.
Công dụng
Công dụng chính của phổ tần số cao là:
– Hệ thống thông tin liên lạc quân sự và chính phủ.
– Thông tin liên lạc hàng không đối đất.
– Đài nghiệp dư.
– Phát sóng ngắn quốc tế và khu vực.
– Dịch vụ hàng hải từ biển tới bờ và từ tàu tới tàu.
– Hệ thống radar xuyên đường chân trời.
– Thông tin liên lạc của Hệ thống An toàn và Cứu nạn Hàng hải Toàn cầu (GMDSS).
– Các dịch vụ Radio của Citizen’s Band trên toàn thế giới (thường là 26-28 MHz, phần cao hơn của băng tần HF, hoạt động giống VHF thấp hơn).
– Radar ứng dụng động lực học đại dương ven biển.
Dải tần số cao rất phổ biến với các nhà khai thác đài nghiệp dư, những người có thể tận dụng lợi thế của liên lạc trực tiếp, đường dài (thường xuyên lục địa) và “yếu tố hồi hộp” do liên lạc trong các điều kiện thay đổi. Phát sóng sóng ngắn quốc tế sử dụng tập tần số này, cũng như số lượng người dùng “tiện ích” dường như đang giảm (lợi ích hàng hải, hàng không, quân sự và ngoại giao), những người trong những năm gần đây đã bị ảnh hưởng bởi các phương tiện liên lạc ít biến động hơn (ví dụ: qua vệ tinh), nhưng có thể duy trì các trạm HF sau khi chuyển đổi cho mục đích dự phòng.
Tuy nhiên, sự phát triển của công nghệ Thiết lập liên kết tự động dựa trên MIL-STD-188-141 để kết nối tự động và lựa chọn tần số, cùng với chi phí sử dụng vệ tinh cao, đã dẫn đến sự phục hưng trong việc sử dụng HF trong các mạng của chính phủ. Sự phát triển của các modem tốc độ cao hơn, chẳng hạn như các modem tuân thủ MIL-STD-188-110C hỗ trợ tốc độ dữ liệu lên tới 120 kilobit/s cũng đã tăng khả năng sử dụng HF cho truyền dữ liệu và truyền video. Các tiêu chuẩn phát triển khác như STANAG 5066 cung cấp khả năng truyền dữ liệu không có lỗi thông qua việc sử dụng các giao thức ARQ.
Một số phương thức liên lạc, chẳng hạn như truyền mã Morse sóng liên tục (đặc biệt là bởi các nhà khai thác vô tuyến nghiệp dư) và truyền giọng nói băng tần đơn phổ biến hơn trong phạm vi HF so với các tần số khác, do tính chất tiết kiệm băng thông của chúng, nhưng các chế độ băng thông rộng, chẳng hạn như Việc truyền TV, thường bị cấm bởi phần không gian phổ điện từ tương đối nhỏ của HF.
Tiếng ồn, đặc biệt là nhiễu do con người tạo ra từ các thiết bị điện tử, có xu hướng ảnh hưởng lớn đến các dải HF. Trong những năm gần đây, một số người dùng phổ HF đã lo ngại về việc truy cập Internet BPL “broadband over power lines” (băng thông rộng qua đường dây điện), điều này có tác động gần như phá hủy đối với truyền thông HF. Điều này là do các tần số mà BPL hoạt động (thường tương ứng với băng tần HF) và xu hướng tín hiệu BPL bị rò rỉ từ các đường dây điện. Một số nhà cung cấp BPL đã cài đặt các bộ lọc notch để chặn một số phần nhất định của phổ (cụ thể là các dải vô tuyến nghiệp dư), nhưng vẫn còn nhiều tranh cãi về việc triển khai phương thức truy cập này. Các thiết bị điện tử khác bao gồm TV plasma cũng có thể có tác động bất lợi đến phổ HF.
Trong ngành hàng không, hệ thống thông tin liên lạc HF được yêu cầu cho tất cả các chuyến bay xuyên đại dương. Các hệ thống này kết hợp các tần số xuống tới 2 MHz để bao gồm kênh gọi và cấp cứu quốc tế 2182 kHz.
Phần trên của HF (26,5-30 MHz) chia sẻ nhiều đặc điểm với phần dưới của VHF. Các phần của phần này không được phân bổ cho đài nghiệp dư được sử dụng cho thông tin liên lạc địa phương. Chúng bao gồm đài CB khoảng 27 MHz, liên kết vô tuyến giữa phòng thu và máy phát (STL), thiết bị điều khiển vô tuyến cho các kiểu máy và máy phát nhắn tin vô tuyến.
Một số thẻ nhận dạng tần số vô tuyến (RFID) sử dụng HF. Các thẻ này thường được gọi là HFID’s hoặc HighFID’s (Nhận dạng tần số cao).
Ăng-ten
Các ăng-ten phổ biến nhất trong băng tần này là ăng-ten dây như lưỡng cực dây hoặc ăng-ten hình thoi; ở các tần số cao hơn, ăng-ten lưỡng cực đa thành phần như ăng-ten Yagi, quad và log định kỳ. Các trạm phát sóng ngắn mạnh mẽ thường sử dụng các mảng rèm dây lớn.
Ăng-ten để truyền sóng bầu trời thường được làm từ các lưỡng cực nằm ngang hoặc các vòng được cấp nguồn từ đáy, cả hai đều phát ra sóng phân cực theo chiều ngang. Sở thích truyền phân cực theo chiều ngang là do (xấp xỉ) chỉ một nửa công suất tín hiệu được truyền bởi ăng-ten đi thẳng vào bầu trời; khoảng một nửa di chuyển xuống đất và phải “nảy” lên bầu trời. Đối với các tần số trong dải HF phía trên, mặt đất phản xạ tốt hơn các sóng phân cực theo chiều ngang và hấp thụ năng lượng tốt hơn từ các sóng phân cực theo chiều dọc. Hiệu ứng giảm dần đối với các bước sóng dài hơn.
Để nhận, ăng-ten dây ngẫu nhiên thường được sử dụng. Ngoài ra, các ăng-ten cùng hướng được sử dụng để truyền sẽ hữu ích cho việc nhận, vì hầu hết nhiễu đến từ mọi hướng, nhưng tín hiệu mong muốn chỉ đến từ một hướng. Ăng-ten thu sóng đường dài (skywave) thường có thể được định hướng theo chiều dọc hoặc chiều ngang do khúc xạ qua tầng điện ly thường làm xáo trộn sự phân cực tín hiệu và tín hiệu được nhận trực tiếp từ bầu trời tới ăng-ten./.
