Tần số rất thấp

, Nam Cực, thuộc Đại học Stanford]]

Tần số rất thấp (tiếng Anh: very low frequency, viết tắt là VLF) là tần số vô tuyến (RF) trong dải từ 3 với 30&nbsp;kHz và có bước sóng tương ứng từ 10 tới 100&nbsp;km. Do không có đủ băng thông trong băng tần này, nên audio (giọng nói) không thể truyền đi được, và chỉ có các tín hiệu mã hóa tốc độ dữ liệu thấp mới có thể dùng băng tần VLF này. Băng tần được dùng cho vài dịch vụ dẫn đường vô tuyến, các trạm vô tuyến thời gian của chính phủ phát các tín hiệu thời gian để thiết lập đồng hồ vô tuyến, và cho thông tin liên lạc quân sự bảo mật. Vì sóng VLF xuyên qua được 40 m nước biển, nên chúng được dùng cho liên lạc quân sự với tàu ngầm. Ngoài ra VLF còn được gọi là băng tần myriametre hay sóng myriametre , một đơn vị đã lỗi thời, 1 myriametre bằng 10 kilomet.

Đặc tính lan truyền sóng
Do bước sóng dài, nên sóng vô tuyến VLF có thể khúc xạ qua các chướng ngại lớn và không bị chặn bởi các dãy núi lớn, nó có thể lan truyền như một sóng mặt đất theo bề mặt cong của Trái Đất. Chế độ chính của truyền lan đường dài là cơ chế ống dẫn sóng tầng điện ly của Trái Đất. Trái Đất được bao quanh bởi một lớp ion dẫn điện trong khí quyển, tầng điện ly lớp D có độ cao cách mặt đất 60&nbsp;km, tầng này phản xạ sóng vô tuyến VLF. Tầng điện ly và Trái Đất tạo thành một "ống dẫn" ngang cho vài bước sóng VLF cao, có vai trò như một ống dẫn sóng "nhốt" sóng không để chúng thoát ra ngoài không gian. Sóng VLF đi theo đường zigzag quanh Trái Đất, phản xạ bởi Trái Đất và tầng điện ly trong chế độ TM (sóng ngang). Sóng VLF có độ suy giảm đường truyền rất thấp, cỡ 2-3&nbsp;dB cho mỗi 1000&nbsp;km,

VLF được sử dụng để thông tin liên lạc với tàu ngầm đang ở gần mặt biển (ví dùng dùng máy phát DHO38), trong khi đó ELF được dùng để liên lạc với các tàu ngầm lặn sâu. VLF cũng được dùng cho các đài radar dẫn đường vô tuyến (alpha) và tín hiệu thời gian (beta). Một ứng dụng khác của VLF là dùng để khảo sát vật lý điện từ.

Ở Mỹ, trạm tín hiệu thời gian WWVL bắt đầu phát một tín hiệu 500&nbsp;W trên tần số 20&nbsp;kHz vào tháng 8 năm 1963. Nó dùng kỹ thuật điều chế Ma-níp dịch tần (FSK) để gửi dữ liệu, xê dịch giữa 20&nbsp;kHz và 26&nbsp;kHz. Dịch vụ WWVL ngừng hoạt động vào tháng 7 năm 1972.

Máy phát sóng dài SAQ đặt ở Grimeton gần Varberg, Thụy Điển có thể mở cửa cho công chúng tham quan vào một số thời điểm nhất định trong năm như ngày Alexanderson.

Trong lịch sử, băng tần này được dùng cho liên lạc vô tuyến liên lục địa trong thời kỳ điện báo không dây giai đoạn 1900-1925. Các quốc gia xây dựng các mạng lưới trạm vô tuyến VLF và LF công suất lớn để phát thông tin dạng text theo mã Morse, để liên lạc với thuộc địa và các hạm đội hải quân. Người ta đã thử làm máy bộ đạm dùng điều chế biên độ và điều chế đơn biên trong băng bắt đầu từ 20&nbsp;kHz, nhưng kết quả không đạt yêu cầu vì băng thông sẵn có không đủ để chứa các biên tần.

Các phương pháp liên lạc với tàu ngầm dùng VLF
]]

Các máy phát công suất lớn đặt trên đất liền tại các quốc gia có tàu ngầm gửi đi tín hiệu liên lạc, mà có thể thu được từ khoảng cách hàng ngàn dặm. Các trạm máy phát thường chiếm một vùng diện tích lớn (vài km vuông), công suất phát có thể lên 20&nbsp;kW tới 2 MW. Tàu ngầm nhận được tín hiệu bằng cách sử dụng một số dạng anten kéo nổi ngay dưới mặt nước – ví dụ như BCAA (Anten mảng cáp Buoyant). Các máy thu hiện đại, chẳng hạn như thiết bị do hãng Detica chế tạo, sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu số hiện đại để loại bỏ ảnh hưởng của tạp âm khí quyển (phần lớn gây ra bởi sét đánh) và nhiễu từ tín hiệu của kênh lân cận, mở rộng dải tần thu có ích.

Do băng tần sẵn có thấp không thể truyền các tín hiệu audio, nên do đó tất cả tin nhắn được gửi với dữ liệu ký tự chữ-số với tốc độ bit rất thấp. Có ba kiểu điều chế được dùng:
OOK / CWK: Ma-níp Tắt-Bật / Ma-níp Sóng Liên tục (On-Off Keying / Continuous Wave Keying). Chế độ truyền dẫn mã Morse đơn giản, sóng mang Mở = dấu còn sóng mang Tắt = khoảng trắng. Đây là dạng đơn giản nhất của truyền dẫn vô tuyến, nhưng có khó khăn cho các máy phát khi phát ở mức công suất cao, tín hiệu có thể dễ dàng bị tạp âm khí quyển che lấp, do đó nó thực sự chỉ được dùng cho các trường hợp khẩn cấp hoặc thử nghiệm cơ bản.
FSK: Ma-níp dịch tần. Dạng đơn giản nhất và lâu đời nhất của điều chế dữ liệu vô tuyến số. Tần số được tăng 25&nbsp;Hz (ví dụ) trên sóng mang để biểu thị bit nhị phân "1" và giảm 25&nbsp;Hz để chỉ bit nhị phân "0". FSK được dùng với tốc độ bir là 50 bit/s và 75 bit/s.
MSK: Ma-níp dịch pha tối thiểu. Một phương pháp điều chế phức tạp hơn sử dụng ít băng thông hơn so với FSK. Đây là chế độ bình thường cho thông tin liên lạc tàu ngầm ngày nay, nó có thể đạt tốc độ dữ liệu lên tới 300 bit/s hoặc khoảng 35 ký tự ASCII 8-bit trên giây (hay tương đương với mỗi câu/2 giây) – tổng cộng là 450 từ mỗi phút.

Hai bộ ký tự thay thế có thể được sử dụng: ITA2 5-bit hoặc ASCII 8-bit. Do đây là truyền dẫn quân sự nên gần như luôn luôn được mã hóa vì lý do bảo mật. Mặc dù tín hiệu dễ dàng thu được và chuyển chúng thành chuỗi ký tự, nhưng nếu không có bảng mật mã thì người ngoài không thể giải mã bất kỳ tin nhắn được mã hóa.

Xem thêm
Thông tin liên lạc với tàu ngầm
Hệ thống dẫn đường OMEGA, 1971–1997

Tham khảo

Tài liệu


Friese "Very low wave reception with ferrite antennas 5-50 kHz

Liên kết ngoài
Longwave club of America
Radio waves below 22 kHz
VLF Discussion Group
Tomislav Stimac, "Definition of frequency bands (VLF, ELF... etc.)".
PC-based VLF-reception
Gallery of VLF-signals
NASA live streaming ELF -> VLF Receiver
VLF radio art, 1
VLF radio art, 2
VLF radio art, 3
World Wide Lightning Location Network
Stanford University VLF group
University of Louisville VLF Monitor
Larry's Very Low Frequency site
Kiel Longwave Monitor, VLF/LF real time data
Mark's Live Online VLF Receiver, UK
IW0BZD VLF TUBE receiver
Internet based VLF listening guide with server list