Под 9 кГц: Исследование любительской радиосвязи на сверхнизких частотах в 2012 году

Цифровое искусство NFT Продажи токенов ICO

Любительская радиосвязь всегда была полем для технических экспериментов и исследовательских разработок. Особенно интересна категория сигнала на сверхнизких частотах (VLF), а именно - ниже 9 кГц. Эти частоты редко упоминаются в традиционной радиокоммуникации из-за специфических технических сложностей передачи и приема, но в сфере любительской связи они предоставляют уникальные возможности для изучения новых способов связи. Год 2012 стал важным этапом в этой области, привнеся обновленные методы и подтверждая потенциал земного режима как эффективного средства связи. В статье рассмотрим особенности, вызовы и достижения в суб 9 кГц любительском радио в 2012 году, основываясь на опыте и экспериментах многих энтузиастов.

Физика под 9 кГц и особенности распространения Диапазон частот ниже 9 кГц относится к сверхнизкочастотным радиоволнам. Такие частоты характеризуются огромной длиной волны: сигнал на 8 кГц имеет длину около 37 километров. Это приводит к особенному поведению радиоволн, где преобладают механизмы индукции и проводимости, а излучение распространяется по земляной поверхности и в ионосфере. Самым важным из новшеств, выявленных любителями в 2012 году, является подтверждение так называемого "земного режима" (Earth Mode) - способа передачи сигнала, при котором энергия распространяется не радиационным путем, а за счет токов, проходящих по земле или через утилиты, такие как водопроводные или газовые трубы. Традиционная радиосвязь обычно основана на излучении электромагнитной волны в пространство.

В диапазоне под 9 кГц такой подход технически сложен: антенны становятся крайне громоздкими, КПД низок, а мощности для излучения требуются значительные. Поэтому эксперименты переключаются на использование земного режима, когда сигнал передается в землю, а приемник улавливает индукцию и напряжения, возникающие на проводящих средах, что позволяет обходиться низкой мощностью и компактной аппаратурой. В 2012 году благодаря активным исследованиям, проводимым такими энтузиастами, как G3XBM и иногда поддерживаемыми коллегами с разных континентов, было получено множество ценных экспериментальных данных. Они подтверждают тот факт, что с помощью всего нескольких ватт мощности и пары длинных электродов, зарытых в землю на расстоянии около 20 метров, реально добиться устойчивой связи на расстояниях до нескольких километров. Эксперименты и достижения 2012 года В ряде экспериментов 2012 года, отмеченных как самые продуктивные в британской и европейской радиолюбительской среде, ведущие исследователи возродили практики земного режима с использованием частоты 8,97 кГц.

 

G3XBM сообщил о создании специального маяка с выходной мощностью около 5 ватт, работающего в узкополосных режимах CW и QRSS, позволяющих детектировать сигнал на расстояниях до 6 километров с удобным запасом сигнала к шуму. Эти результаты подтвердили возможность практического применения VLF для локальных любительских связей. Одним из интересных инсайтов стали наблюдения влияния подземных коммуникаций - трубопроводов и кабелей, которые выступают в роли "проводников" или вспомогательных сред для прохождения сигнала. Кондуктивность и структура почвы, а также присутствие металлических коммуникаций значительно меняли дальность и качество приема. Так, сигнал мог не достигать приемной точки, если между передатчиком и приемником отсутствовали такие коммуникационные каналы, подтверждая концепцию "утилитарной" помощи распространению волны.

 

Детальные измерения показали, что при работе с 5 ваттами и эмиттером из двух электродов с расстоянием 20 метров возможно детальное восприятие сигнала QRSS3 на дистанциях в 6 км и более. Снижение полосы фильтрации приема до десятков миллигерц еще более увеличивает запас сигнала к шуму, позволяя регистрировать крайне слабые сигналы. Полевые испытания подтвердили, что приемные антенны в виде катушек провода площадью около метра, расположенных близко к земле и оптимизированных схемы предусиления с низким уровнем шума отлично справляются с поставленной задачей. Улучшения предусилителей и общего согласования систем снижали шумы и сдвигали порог детекции в пользу приема далеких и слабых сигналов. Отдельным драйвером прогресса стали эксперименты с разными частотами, делая сравнительные тесты на 0,838 кГц, 1,095 кГц, 8,76 кГц и даже попытки работы вокруг 70 кГц.

 

Итоговый вывод: низкие частоты ниже 1 кГц демонстрируют преимущество по дальности в конкретных условиях, но практичность и стабильность экспериментов выше у диапазона около 8-9 кГц, где технически проще реализовать частотный стабилизатор и антенны. Технологические решения и оборудование Основным элементом комплекта стала передающая станция мощностью 4-5 ватт, выполненная на базе широко доступных усилителей мощности аудиодиапазона, например, на микросхемах TDA2002/2003, либо на мощных MOSFET-транзисторах. Важной особенностью стала возможность передачи стабильного, узкополосного сигнала с минимальными фазовыми дрожаниями, что критично для режимов QRSS и WSPR на VLF. Приемное оборудование неоднократно модифицировалось с целью повышения чувствительности и снижения помех. В основном использовались высококачественные катушки индуктивности, состоящие из десятков витков провода, площадью более 0,5 кв.

метра, легированного низким уровнем шума, подключаемого к низкоимпедансным усилителям с настройкой на резонансную частоту. Позже были введены активные фильтры с полосой пропускания в доли герца, что позволило копировать сигналы с соотношением сигнал/шум увеличенным до 18 дБ в узких полосах. Кроме того, популярностью стали пользоваться пробники электрического поля с миниатюрной антенной - короткой волновой палочкой, которая позволяла захватывать электрическое поле и фиксировать его изменения, удобно используя в непосредственной близости от земли и возле металлических коммуникаций. Важным шагом стало применение современных программных средств для анализа спектра, например, Spectrum Lab и Spectran, доступных для любителей на персональных компьютерах. Эти программы позволяют сжимать спектр и отображать сигналы в узких полосах, выделяя устойчивый сигнал из шума и позволяя вести длительные мониторинги и фиксировать сообщения.

Юридические аспекты и разрешения Особое внимание в 2012 году уделялось вопросам легальности проведения таких экспериментов. В Великобритании, например, организация OFCOM разъяснила, что не видит необходимости в получении официальных разрешений для радиоаппаратуры, работающей в земном режиме, поскольку при этом отсутствуют намеренные радиационные излучения, что попадает за рамки традиционной телеграфии и радиосвязи. Главное условие - не препятствовать работе иных радиосистем и не создавать помех. Добавляет удобства то, что использование техник, основанных на проводимости и индукции в земле, фактически исключает возможность радиочастотных помех в привычном понимании. Это позволяет проводить эксперименты на заранее оговоренных частотах, не нарушая существующие законодательные ограничения.

Такая ситуация способствует активному развитию этих техник среди радиолюбителей, которые ищут новые пути связи и развития своих навыков. Потенциал и перспективы развития Опыт 2012 года показал, что земной режим и работа в диапазоне под 9 кГц - это обещающая сфера для локальной радиосвязи с минимальным вмешательством и риском. Несмотря на ограниченную дальность по сравнению с высокочастотными диапазонами, потенциал использования таких систем для связи на расстояниях до 10 км и более, особенно в сложных условиях, очень высок. Технологический прогресс в области цифровых сигналов, программного обеспечения и аппаратных решений будет только увеличивать качество и возможности таких систем. Возможное использование мощностей около 100 ватт при грамотной конструкции антенн и заземления позволит расширить охват и добиться дальних связей с минимальной аппаратурой.

Кроме того, наблюдения о влиянии коммуникационных трубопроводов, кабелей, водных каналов и особенностей почвы открывают новое направление исследований. Выяснение механизмов взаимодействия сигнала с инфраструктурой среды обещает большое количество новых знаний и потенциально технических решений для оптимизации приема и передачи. Заключение Любительская радиосвязь на частотах ниже 9 кГц, несмотря на свою техническую сложность, движется к развитию и расширению благодаря энтузиазму и инициативе исследователей во всем мире. Год 2012 стал важной вехой, подтвердившей, что даже небольшая мощность и простая антенная система в земном режиме способна обеспечить стабильную коммуникацию на значительные расстояния. Открытия в области утилитарной помощи проведению сигнала, улучшения в схемах приема и передачи, а также программные методы обработки сигналов создают прочный фундамент для будущих исследований и практических применений.

Кто знает, может быть именно радиолюбители, экспериментируя на этих загадочных и редко изученных частотах, откроют новые горизонты в области экологически безопасной и энергоэффективной радиосвязи будущего. .