Baja frecuencia

Baja frecuencia (LF) es la designación de la UIT para frecuencias de radio (RF) en el rango de 30 a 300 kHz. Dado que sus longitudes de onda oscilan entre 10 y 1 km, respectivamente, también se la conoce como banda kilométrica u onda kilométrica.

Las ondas de radio LF muestran una atenuación de señal baja, lo que las hace adecuadas para comunicaciones de larga distancia. En Europa y áreas del norte de África y Asia, parte del espectro de baja frecuencia se utiliza para la radiodifusión de AM como el espectro de "onda larga" banda. En el hemisferio occidental, su uso principal es para balizas de aeronaves, navegación (LORAN), información y sistemas meteorológicos. Varias transmisiones de señales horarias también utilizan esta banda.

Propagación

El ruido de la radio atmosférica aumenta con frecuencia decreciente. En la banda LF y abajo, está muy por encima del suelo de ruido térmico en circuitos de receptor. Por lo tanto, antenas ineficientes mucho más pequeñas que la longitud de onda son adecuadas para la recepción

Debido a su larga longitud de onda, las ondas de radio de baja frecuencia pueden difractarse sobre obstáculos como cadenas montañosas y viajar más allá del horizonte, siguiendo el contorno de la Tierra. Este modo de propagación, llamado onda terrestre, es el modo principal en la banda LF. Las ondas de superficie deben estar polarizadas verticalmente (el campo eléctrico es vertical mientras que el campo magnético es horizontal), por lo que se utilizan antenas monopolares verticales para transmitir. La atenuación de la intensidad de la señal con la distancia por absorción en el suelo es menor que a frecuencias más altas. Las ondas terrestres de baja frecuencia se pueden recibir hasta 2000 kilómetros (1200 millas) desde la antena transmisora.

Ocasionalmente, las ondas de baja frecuencia también pueden viajar largas distancias reflejándose en la ionosfera (el mecanismo real es uno de refracción), aunque este método, llamado skywave o "skip" propagación, no es tan común como en frecuencias más altas. La reflexión se produce en la capa E ionosférica o en las capas F. Las señales Skywave se pueden detectar a distancias superiores a los 300 kilómetros (190 mi) desde la antena transmisora.

Usos

Transmisiones de radio

La transmisión AM está autorizada en la banda de onda larga en frecuencias entre 148,5 y 283,5 kHz en Europa y partes de Asia.

Señales horarias estándar

Un reloj de radio LF.

En Europa y Japón, desde fines de la década de 1980, muchos dispositivos de consumo de bajo costo contienen radiorrelojes con un receptor LF para estas señales. Dado que estas frecuencias se propagan únicamente por ondas de superficie, la precisión de las señales de tiempo no se ve afectada por la variación de las rutas de propagación entre el transmisor, la ionosfera y el receptor. En los Estados Unidos, tales dispositivos se volvieron viables para el mercado masivo solo después de que se aumentó la potencia de salida de WWVB en 1997 y 1999.

Militar

Las señales de radio por debajo de 50 kHz son capaces de penetrar las profundidades del océano hasta aproximadamente 200 metros, cuanto mayor sea la longitud de onda, más profundo. Las armadas británica, alemana, india, rusa, sueca, estadounidense y posiblemente otras se comunican con submarinos en estas frecuencias.

Además, los submarinos nucleares de la Royal Navy que transportan misiles balísticos supuestamente tienen órdenes permanentes de monitorear la transmisión de BBC Radio 4 en 198 kHz en aguas cercanas al Reino Unido. Se rumorea que interpretarán una interrupción repentina de la transmisión, particularmente del programa de noticias matutino Today, como un indicador de que el Reino Unido está bajo ataque, después de lo cual sus órdenes selladas entrarán en vigencia.

Estados Unidos tiene cuatro estaciones LF que mantienen contacto con su fuerza submarina: Aguada, Puerto Rico, Keflavik, Islandia, Awase, Okinawa y Sigonella, Italia, que utilizan transmisores de estado sólido AN/FRT-95.

En EE. UU., la red de emergencia de ondas terrestres o GWEN funcionaba entre 150 y 175 kHz, hasta que se reemplazó por sistemas de comunicaciones por satélite en 1999. GWEN era un sistema de comunicaciones por radio militar basado en tierra que podía sobrevivir y seguir funcionando incluso en el caso de un ataque nuclear.

Experimental y aficionada

La Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de 2007 (WRC-07) hizo una asignación mundial de radioaficionados en esta banda. Una asignación internacional de 2,1 kHz, la banda de 2200 metros (135,7 kHz a 137,8 kHz), está disponible para operadores de radioaficionados en varios países de Europa, Nueva Zelanda, Canadá, EE. UU. y dependencias francesas en el extranjero.

La distancia récord mundial para un contacto bidireccional es de más de 10 000 km desde cerca de Vladivostok hasta Nueva Zelanda. Además del código Morse convencional, muchos operadores utilizan el código Morse controlado por computadora (QRSS) muy lento o modos de comunicación digital especializados.

El Reino Unido asignó una franja de espectro de 2,8 kHz de 71,6 kHz a 74,4 kHz a partir de abril de 1996 a los aficionados del Reino Unido que solicitaron un Aviso de variación para usar la banda sin interferencias con una potencia de salida máxima de 1 vatio ERP. Esto fue retirado el 30 de junio de 2003 después de una serie de extensiones a favor de la banda de 136 kHz armonizada en Europa. El código Morse muy lento de G3AQC en el Reino Unido fue recibido a 3275 millas (5271 km) de distancia, al otro lado del Océano Atlántico, por W1TAG en los EE. UU. el 21 y 22 de noviembre de 2001 en 72,401 kHz.

En los Estados Unidos, existe una exención dentro de las regulaciones de la Parte 15 de la FCC que permite transmisiones sin licencia en el rango de frecuencia de 160 a 190 kHz. Los aficionados a la radio de onda larga se refieren a esto como 'LowFER' banda, y los experimentadores, y sus transmisores se denominan 'LowFERs'. Este rango de frecuencia entre 160 kHz y 190 kHz también se conoce como la banda de 1750 metros. Los requisitos de 47CFR15.217 y 47CFR15.206 incluyen:

• La potencia total de entrada a la fase final de radio frecuencia (exclusiva de filamento o potencia de calentador) no excederá una vatio.
• La longitud total de la línea de transmisión, la antena y el plomo terrestre (si se utiliza) no excederá de 15 metros.
• Todas las emisiones inferiores a 160 kHz o superiores a 190 kHz serán atenuadas al menos 20 dB por debajo del nivel del transportista no modificado.
• Como alternativa a estos requisitos, se puede utilizar una fuerza de campo de 2400/F(kHz) microvolts/meter (medida a una distancia de 300 metros) (como se describe en 47CFR15.209).
• En todos los casos, la operación no puede causar interferencia nociva a los servicios autorizados.

Muchos experimentadores en esta banda son radioaficionados.

Transmisiones de información meteorológica

Un servicio regular que transmite información meteorológica marina RTTY en código SYNOP en LF es el Servicio Meteorológico Alemán (Deutscher Wetterdienst o DWD). El DWD opera la estación DDH47 en 147,3 kHz usando el alfabeto estándar ITA-2 con una velocidad de transmisión de 50 baudios y modulación FSK con un cambio de 85 Hz.

Señales de radionavegación

En partes del mundo donde no hay un servicio de radiodifusión de onda larga, las balizas no direccionales utilizadas para la navegación aérea funcionan en 190 - 300 kHz (y más allá en la banda MW). En Europa, Asia y África, la asignación de NDB comienza en 283,5 kHz.

El sistema de radionavegación LORAN-C funcionaba a 100 kHz.

En el pasado, el sistema Decca Navigator operaba entre 70 kHz y 129 kHz. Las últimas cadenas Decca se cerraron en 2000.

Los transmisores de telemetría de GPS diferencial funcionan entre 283,5 y 325 kHz.

El comercial "Datatrak" El sistema de radionavegación funciona en varias frecuencias, que varían según el país, entre 120 y 148 kHz.

Otras aplicaciones

Algunas etiquetas de identificación por radiofrecuencia (RFID) utilizan LF. Estas etiquetas se conocen comúnmente como LFID o LowFID (identificación de baja frecuencia). Las etiquetas RFID LF son dispositivos de campo cercano.

Antenas

Receptor de cristal de señal de tiempo LF de bajo coste usando antena de lazo ferrite.

Dado que las ondas de superficie utilizadas en esta banda requieren polarización vertical, se utilizan antenas verticales para la transmisión. Los radiadores de mástil son los más comunes, ya sea aislados del suelo y alimentados por la parte inferior, u ocasionalmente alimentados a través de cables de sujeción. Las antenas T y las antenas L invertidas se utilizan cuando la altura de la antena es un problema. Debido a las longitudes de onda largas en la banda, casi todas las antenas LF son eléctricamente cortas, más cortas que una cuarta parte de la longitud de onda radiada, por lo que su baja resistencia a la radiación las hace ineficientes, requiriendo conexiones a tierra y conductores de muy baja resistencia para evitar disipar la potencia del transmisor. Estas antenas eléctricamente cortas necesitan bobinas de carga en la base de la antena para que entren en resonancia. Muchos tipos de antenas, como la antena tipo paraguas y las antenas L y T, usan carga superior capacitiva (un "sombrero de copa"), en forma de una red de cables horizontales conectados a la parte superior de la radiador vertical. La capacitancia mejora la eficiencia de la antena al aumentar la corriente, sin aumentar su altura.

La altura de las antenas difiere según el uso. Para algunas balizas no direccionales (NDB), la altura puede ser tan baja como 10 metros, mientras que para transmisores de navegación más potentes, como DECCA, se utilizan mástiles con una altura de alrededor de 100 metros. Las antenas T tienen una altura de entre 50 y 200 metros, mientras que las antenas de mástil suelen superar los 150 metros.

La altura de las antenas de mástil para LORAN-C es de unos 190 metros para transmisores con una potencia radiada inferior a 500 kW y de unos 400 metros para transmisores de más de 1000 kilovatios. El tipo principal de antena LORAN-C está aislado de tierra.

Las estaciones de radiodifusión LF (onda larga) utilizan antenas de mástil con alturas de más de 150 metros o antenas T. Las antenas de mástil pueden ser mástiles aislados alimentados a tierra o mástiles conectados a tierra con alimentación superior. También es posible utilizar antenas de jaula en mástiles puestos a tierra.

Para las estaciones de radiodifusión, a menudo se requieren antenas direccionales. Se componen de varios mástiles, que a menudo tienen la misma altura. Algunas antenas de onda larga consisten en varias antenas de mástil dispuestas en un círculo con o sin una antena de mástil en el centro. Tales antenas enfocan la potencia transmitida hacia el suelo y brindan una gran zona de recepción sin desvanecimiento. Este tipo de antena rara vez se usa porque son muy caras y requieren mucho espacio y porque el desvanecimiento ocurre en onda larga mucho más raramente que en el rango de onda media. Una antena de este tipo fue utilizada por el transmisor Orlunda en Suecia.

Para la recepción se utilizan antenas de hilo largo o, más a menudo, antenas de bucle de ferrita debido a su pequeño tamaño. Los radioaficionados han logrado una buena recepción de LF utilizando antenas activas con un látigo corto.

Las antenas transmisoras de baja frecuencia para transmisores de alta potencia requieren grandes cantidades de espacio y han sido motivo de controversia en Europa y Estados Unidos debido a las preocupaciones sobre los posibles riesgos para la salud asociados con la exposición humana a las ondas de radio.