Войти
| Диапазон частот | от 3 до 30 Hz |
|---|---|
| Диапазон длин волн | от 100000 до 10000 км, соответственно |
Аэрофотоснимок ВМС США в 1982 г. Клэм-Лейк, Висконсин, передатчик СНЧ, используемый для связи с глубоко затопленные подводные лодки. Внизу слева видны полосы проезда двух перпендикулярных воздушных линий передачи длиной 14 миль (23 км), которые составляли наземную дипольную антенну, излучающую волны СНЧ. Чрезвычайно низкая частота (ELF ) - обозначение ITU для электромагнитного излучения (радиоволн ) с частотами от 3 до 30 Гц и соответствующие длины волн от 100000 до 10000 километров соответственно. В Наука об атмосфере обычно дается альтернативное определение от 3 Гц до 3 кГц. В соответствующей науке о магнитосфере низкочастотные электромагнитные колебания (пульсации с частотой ниже ~ 3 Гц) считаются лежащими в диапазоне ULF, который, таким образом, также определяется иначе, чем Радиодиапазоны ITU.
Радиоволны СНЧ генерируются молниями и естественными возмущениями в магнитном поле Земли, поэтому они являются предметом исследования ученых-атмосферников. Из-за сложности создания антенн, которые могут излучать такие длинные волны, частоты СНЧ использовались лишь в очень небольшом количестве созданных человеком систем связи. Волны СНЧ могут проникать в морскую воду, что делает их полезными для связи с подводными лодками, и несколько стран построили военные передатчики СНЧ для передачи сигналов своим подводным подводным лодкам, состоящие из огромных заземленных проводных антенн. (наземные диполи ) длиной 15–60 км (9–37 миль), управляемые передатчиками, производящими мегаватт энергии. Соединенные Штаты, Россия, Индия и Китай - единственные известные страны, которые построили эти средства связи ELF. Объекты в США использовались в период с 1985 по 2004 год, но сейчас выведены из эксплуатации.
ELF - это частота субрадио. Некоторые медицинские рецензируемые статьи журналов относятся к СНЧ в контексте «магнитных полей (МП) чрезвычайно низкой частоты (СНЧ)» с частотами 50 Гц и 50–80 Гц. Правительственные агентства США, такие как НАСА, описывают СНЧ как неионизирующее излучение с частотами от 0 до 300 Гц. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) использовала термин ELF для обозначения концепции «электрических и магнитных полей (ЭМП) чрезвычайно низкой частоты (ELF)». ВОЗ также заявила, что на частотах от 0 до 300 Гц, "длины волн в воздухе очень велики (6000 км (3700 миль) при 50 Гц и 5000 км (3100 миль) при 60 Гц), и в практических ситуациях электрические и магнитные поля действуют независимо друг от друга и измеряются отдельно. "
Типичный спектр электромагнитных волн СНЧ в атмосфере Земли, показывающий пики, вызванные резонансами Шумана. Резонансы Шумана - это резонансные частоты сферической полости Земля-ионосфера. Удары молнии заставляют резонатор «звенеть» как колокол, вызывая пики в спектре шума. Резкий пик мощности на частоте 50 Гц вызван излучением от глобальных электрических сетей. Рост шума на низких частотах (слева) - это радиошум, вызванный медленными процессами в магнитосфере Земли.. Из-за своей чрезвычайно большой длины волны КНЧ-волны могут дифрагировать вокруг больших препятствий, не блокируются горными хребтами или горизонтом и могут перемещаться по кривой Земли. Волны СНЧ и СНЧ распространяются на большие расстояния с помощью волноводного механизма Земля-ионосфера. Земля окружена слоем заряженных частиц (ионов и электронов ) в атмосфере на высоте около 60 км (37 миль) внизу. слоя ионосферы, называемого слоем D, который отражает волны СНЧ. Пространство между проводящей поверхностью Земли и проводящим слоем D действует как волновод с параллельными пластинами , который ограничивает КНЧ-волны, позволяя им распространяться на большие расстояния без выхода в космос. В отличие от волн ОНЧ, высота слоя намного меньше одной длины волны на частотах СНЧ, поэтому единственная мода, которая может распространяться на частотах СНЧ, - это режим ТЕМ в вертикальной поляризации с вертикальным электрическим полем и горизонтальным магнитным полем . КНЧ-волны имеют чрезвычайно низкое затухание - 1-2 дБ на 1 000 км (620 миль), что дает возможность одному передатчику общаться по всему миру.
КНЧ-волны могут также распространяться на значительные расстояния через среды с потерями, такие как земля и морская вода, которые могут поглощать или отражать радиоволны более высоких частот.
Затухание СНЧ-волн настолько низкое, что они могут несколько раз пройти полностью вокруг Земли, прежде чем затухать до пренебрежимо малой амплитуды, и, таким образом, волны, излучаемые источником в противоположных направлениях, кружат вокруг Земли. Земли на большом круге пути мешают друг другу. На определенных частотах эти противоположно направленные волны находятся в фазе и складываются (усиливаются), вызывая стоячие волны. Другими словами, замкнутая сферическая полость Земля-ионосфера действует как огромный объемный резонатор , усиливая КНЧ-излучение на его резонансных частотах. Они называются резонансами Шумана в честь немецкого физика Винфрида Отто Шумана, который предсказал их в 1952 году и были обнаружены в 1950-х годах. Моделируя полость Земля-ионосфера с идеально проводящими стенками, Шуман рассчитал, что резонансы должны возникать на частотах
![{\ displaystyle f_ {n} = 7,49 [n (n + 1)] ^ {1/2} \; {\ text {Hz}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c475e7467337627c2343e6adb852f533f90b7641)
Фактические частоты немного отличаются от этих из-за свойств проводимости ионосферы. Фундаментальный шумановский резонанс составляет приблизительно 7,83 Гц, частота, на которой длина волны равна окружности Земли, а высшие гармоники возникают на частотах 14,1, 20,3, 26,4 и 32,4 Гц и т. Д. Их возбуждают удары молнии. резонансы, заставляющие полость Земля-ионосфера "звенеть" как колокол, приводя к пику в спектре шума на этих частотах, поэтому резонансы Шумана можно использовать для мониторинга глобальной грозовой активности.
Интерес к резонансам Шумана возобновился в 1993 году, когда Э. Р. Вильямс показал корреляцию между резонансной частотой и тропической температурой воздуха, предположив, что резонанс можно использовать для мониторинга глобального потепления.
A наземная дипольная антенна, используемая для передачи волн СНЧ, аналогичная антеннам ВМС США Clam Lake, демонстрирующая принцип ее работы. Он функционирует как огромная рамочная антенна, в которой переменный ток I от передатчика P проходит по воздушной линии передачи, а затем глубоко под землей от одного соединение заземления Gс другим, затем через другую линию передачи обратно к передатчику. Это создает переменное магнитное поле H, которое излучает волны СНЧ. Переменный ток показан текущим в одном направлении только через петлю для ясности. Поскольку радиоволны СНЧ могут проникать глубоко в морскую воду, до рабочих глубин подводных лодок, несколько стран построили военно-морские УНЧ передатчики с по общаются со своими подводными лодками, когда они находятся под водой. Китай недавно построил крупнейший в мире объект ELF размером примерно с Нью-Йорк для связи со своими подводными силами, не требуя от них всплытия. ВМС США в 1982 году построили первый подводный объект связи ELF, два спаренных передатчика ELF в Клэм-Лейк, Висконсин и Репаблик, Мичиган. Они были остановлены в 2004 году. ВМФ использует передатчик СНЧ ЗЕВС (Зевс) в Мурманске на Кольском полуострове. ВМС Индии имеет средства связи ELF на военно-морской базе INS Kattabomman для связи с подводными лодками класса Arihant и Akula класса. 58>
Благодаря своей электропроводности, морская вода защищает подводные лодки от большинства высокочастотных радиоволн, что делает невозможным радиосвязь с подводными лодками на обычных частотах.. Однако сигналы в частотном диапазоне СНЧ могут проникать гораздо глубже. Два фактора ограничивают полезность каналов связи СНЧ: низкая скорость передачи данных в несколько символов в минуту и, в меньшей степени, односторонний характер из-за непрактичности установки антенны необходимого размера на подводной лодке ( антенна должна быть исключительного размера, чтобы обеспечить успешную связь). Как правило, сигналы СНЧ использовались, чтобы приказать подводной лодке подняться на небольшую глубину, где она могла бы получить какую-либо другую форму связи.
Одной из трудностей, возникающих при вещании в диапазоне частот СНЧ, является размер антенны, поскольку длина антенны должна быть не менее значительной. доля длины волны. Проще говоря, сигнал с частотой 3 Гц (цикл в секунду) будет иметь длину волны, равную расстоянию, которое электромагнитные волны проходят через данную среду за одну треть секунды. Когда показатель преломления среды больше единицы, КНЧ-волны распространяются медленнее, чем скорость света в вакууме. При использовании в военных приложениях длина волны составляет 299 792 км (186 282 миль) в секунду, разделенных на 50–85 Гц, что составляет от 3500 до 6000 км (от 2200 до 3700 миль) в длину. Это сопоставимо с диаметром Земли, составляющим около 12 742 км (7918 миль). Из-за требований огромных размеров для передачи на международном уровне с использованием частот СНЧ сама Земля составляет значительную часть антенны, и в землю необходимы очень длинные провода. Различные средства, такие как электрическое удлинение, используются для создания практических радиостанций меньших размеров.
Соединенные Штаты поддерживают два участка: в Национальном лесу Чекуамегон-Николет, Висконсин и в Государственном лесу реки Эсканаба, Мичиган (первоначально назывался Project Sanguine, затем был сокращен и переименован в Project ELF перед началом строительства), пока они не были демонтированы, начиная с конца сентября 2004 года. Оба объекта использовали длинные линии электропередач, так называемые заземляющие диполи, в качестве проводов. Эти отведения состояли из нескольких нитей длиной от 22,5 до 45 километров (от 14,0 до 28,0 миль). Из-за неэффективности этого метода для работы системы требовалось значительное количество электроэнергии.
Высказывались некоторые опасения по поводу возможного воздействия на окружающую среду сигналов СНЧ. В 1984 году федеральный судья остановил строительство, что потребовало дополнительных экологических и медицинских исследований. Это решение было отменено федеральным апелляционным судом на том основании, что ВМС США заявили, что потратили более 25 миллионов долларов на изучение воздействия электромагнитных полей, и результаты показали, что они были аналогичны эффекту, производимому стандартными линии распределения электроэнергии. Решение не было принято всеми, и в то время, когда использовался ELF, некоторые политики Висконсина, такие как сенаторы-демократы Херб Коль, Расс Фейнголд и конгрессмен Дэйв Оби потребовали его закрытия. В прошлом аналогичные опасения высказывались по поводу электромагнитного излучения и здоровья.
Передатчики в диапазоне 22 Гц также используются при обслуживании трубопроводов или очистке труб. Сигнал генерируется в виде переменного магнитного поля, а передатчик устанавливается на «скребок», очищающее устройство, вставленное в трубу, или на его часть. Скребок проталкивается по трубопроводу, в основном из металла. Сигнал СНЧ может быть обнаружен через металл, что позволяет определить его местоположение приемниками, расположенными за пределами трубы. Необходимо проверить, прошла ли свинья определенное место, и найти застрявшую свинью.
Некоторые любители радиомониторинга записывают сигналы в формате ELF с помощью антенн размером от восемнадцати дюймовых активных антенн до нескольких тысяч футов в длину, используя заборы, ограждения шоссе и даже списанные железнодорожные пути, и воспроизводят их на более высоких скоростях, чтобы легче было наблюдать естественные низкочастотные колебания в электромагнитном поле Земли. Увеличение скорости воспроизведения увеличивает высоту звука, так что его можно перевести в диапазон звуковой частоты для слышимости.
На Земле присутствуют естественные СНЧ-волны, резонирующие в области между ионосферой и поверхностью, видимой в ударах молнии, которые заставляют электроны в атмосфере колеблются. Хотя сигналы СНЧ в основном генерировались грозовыми разрядами, было обнаружено, что наблюдаемая компонента СНЧ - медленный хвост - следовала за компонентом СНЧ почти во всех случаях. Кроме того, основная мода полости Земля-ионосфера имеет длину волны, равную окружности Земли, что дает резонансную частоту 7,8 Гц. Эта частота и более высокие резонансные режимы 14, 20, 26 и 32 Гц проявляются как пики в спектре СНЧ и называются резонансом Шумана.
Волны СНЧ также были предварительно идентифицированы на спутнике Сатурна Титан. Поверхность Титана считается плохим отражателем волн СНЧ, поэтому вместо этого волны могут отражаться от границы жидкого льда подповерхностного океана воды и аммиака, существование которого предсказывается некоторыми теоретическими моделями. Ионосфера Титана также более сложна, чем у Земли, с основной ионосферой на высоте 1200 км (750 миль), но с дополнительным слоем заряженных частиц на высоте 63 км (39 миль). Это разделяет атмосферу Титана на две отдельные резонирующие камеры. Источник естественных волн СНЧ на Титане неясен, поскольку, по всей видимости, не наблюдается обширной молниеносной активности.
Огромная мощность излучения СНЧ, в 100000 раз превышающая мощность Солнца в видимом свете, может излучаться магнетарами. Пульсар в Крабовидной туманности излучает мощности этого порядка с частотой 30 Гц. Излучение этой частоты ниже плазменной частоты межзвездной среды, поэтому эта среда непрозрачна для нее, и ее нельзя наблюдать с Земли.
В электромагнитной терапии и электромагнитном излучении и здоровье исследования электромагнитный спектр частоты от 0 до 100 герц считаются крайне низкочастотными полями. Обычным источником воздействия полей СНЧ на население являются электрические и магнитные поля частотой 50/60 Гц от высоковольтных линий электропередачи и вторичных распределительных линий, таких как линии, обеспечивающие электричеством жилые кварталы.
С конца 1970-х годов поднимались вопросы о том, вызывает ли воздействие электрических и магнитных полей (ЭМП) СНЧ в этом диапазоне частот неблагоприятные последствия для здоровья. Внешние магнитные поля СНЧ индуцируют электрические поля и токи в организме, которые при очень высокой напряженности поля вызывают нервную и мышечную стимуляцию и изменения возбудимости нервных клеток в центральной нервной системе. Установлены последствия для здоровья, связанные с кратковременным высокоуровневым воздействием, и они составляют основу двух международных руководящих принципов по предельным значениям воздействия (ICNIRP, 1998; IEEE, 2002), например 0,2-0,4 мА при 50/60 Гц. Исследование, проведенное Рейли в 1999 году, показало, что порог прямого восприятия воздействия СНЧ-РЧ людьми-добровольцами начинался от 2 до 5 кВ / м при 60 Гц, при этом 10% добровольцев обнаруживали воздействие СНЧ на этом уровне. Процент обнаружения увеличился до 50% добровольцев, когда уровень СНЧ был повышен с 7 до 20 кВ / м. 5% всех испытуемых сочли восприятие СНЧ на этих порогах раздражающим. Считается, что СНЧ на воспринимаемых человеком уровнях кВ / м вызывает раздражающее ощущение покалывания в областях тела, соприкасающихся с одеждой, особенно в руках, из-за индукции поверхностного заряда СНЧ. 7% добровольцев описали искровые разряды как болезненные, когда субъект был хорошо изолирован и касался заземленного объекта в поле 5 кВ / м. 50% добровольцев описали подобный искровой разряд как болезненный в поле 10 кВ / м.
Существует высокая неопределенность в отношении корреляции между долгосрочными, низкими -уровневая подверженность полям снч и ряд последствий для здоровья, включая лейкоз у детей. В октябре 2005 года ВОЗ созвала целевую группу научных экспертов для оценки любых рисков для здоровья, которые могут существовать в результате «воздействия электрических и магнитных полей снч в диапазоне частот>0–100 000 Гц (100 кГц) в что касается детской лейкемии ». Долгосрочное низкоуровневое воздействие оценивается как среднее воздействие магнитного поля промышленной частоты выше 0,3–0,4 мкТл, и, по оценкам, только от 1% до 4% детей живут в таких условиях. Впоследствии, в 2010 году, объединенный анализ эпидемиологических данных подтвердил гипотезу о том, что воздействие магнитных полей промышленной частоты связано с детской лейкемией. Ни одно другое исследование не нашло никаких доказательств, подтверждающих гипотезу о том, что воздействие СНЧ является фактором, способствующим лейкемии у детей.
В исследовании 2014 года оценивалось количество случаев лейкемии у детей, связанных с воздействием магнитных полей СНЧ, в Европейский Союз (EU27), предполагая, что корреляции, обнаруженные в эпидемиологических исследованиях, были причинными. В нем сообщается, что около 50–60 случаев детской лейкемии могут быть связаны с магнитными полями СНЧ ежегодно, что соответствует от ~ 1,5% до ~ 2,0% всех случаев детской лейкемии, возникающих в 27 странах ЕС каждый год. Однако в настоящее время ICNIRP и IEEE считают, что научные данные, относящиеся к возможным последствиям для здоровья от длительного воздействия низкоуровневых полей СНЧ, недостаточны для оправдания снижения этих количественных пределов воздействия. Таким образом, когда все исследования оцениваются вместе, доказательств того, что ЭМП могут способствовать повышенному риску рака, не существует. Эпидемиологические исследования предполагают возможную связь между длительным воздействием снч на рабочем месте и болезнью Альцгеймера.
