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发表于 2008-2-6 20:25:46
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长波波段
谈到长波,我们先得找出在整个频谱领域内,长波是指哪一段。
一般实用的无线电频谱,可以低到几 Hz,高达 300GHz,涵盖如此广泛的漫长频谱,一般习惯切割成好几段,并且给它一个名称,好方便应用;例如提到「高频」,就知道是指 3MHz~30MHz 这一段频谱。而频谱最低的那一段是指直流到 3Hz 之间,它叫「超低频」 (ULF,Ultra Low Frequency);再上来是指 3Hz~3KHz 这一段,称做「特低频」 (ELF, Extreme Low Frequcncy);而「极低频」 (VLF, Very Low Frequency) 是指介于 3KHz~30KHz 这一段。频率再往上升,30KHz-300KHz 之间,就称为「低频」 (LF, Low Frequency)。
通常在无线电通讯中,提到「低频」,就是指俗称长波 (LW, Long Wave) 的这一段,当然,有时也可以涵盖 300KHz 以下的所有频谱。
长波传导特性
频率这么低,究竟电波是怎么传导的呢?并无概括性的答案,这得要看频率低到什么程度。比 AM 广播还低些的所谓「长波」,其传导特性,与 AM 广播讯号相去不远。
一般 AM 广播讯号主要是靠着地波传导,一般说来,传送距离约在 100 多公里,但是在夜间,偶而也可以借着电离层的折射,传送到好几千公里远,国内许多 AM 电台就曾收到来自国外听友的许多收听报告,例如位在彰化八卦山风景区大佛旁的「国声电台」,就曾收到来自丹麦的收听报告;而在入秋深夜,在台湾也很容易可以收听到来自日本、韩国、越南、**等东南亚国家的 AM 广播。
有许多原因造成长波可以传导到很远的地方,其中之一就是「电离层」 (IONOSPHERE),这些含有带电粒子的电离层,分布在离地表高 50-400 公里之间,这对长波而言,电离层与地表之间就构成了像是导波管般。一般 AM 讯号很容易被电离层或是地表所吸收,但是对长波而言,被吸收的比例就更少了,因此也就可以在这导波管中传得更远。
电离层对于长波的折射算是还很稳定,因此,长波与短波相较之下,更有利于远距离通讯。因为短波很容易受到电离层的影响,所以前一小时还好端端的讯号,下一小时可能就完全收听不到,而且也会随着日落日出及春夏秋冬季节的变化,而有很大程度的影飨。因此,世界各地依然有些强功率的长波广播电台运作着,因为不论是白天、黑夜、任何季节,这长波讯号都可以很可靠地传送到极远的地方。
对于固定功率下,波长越长,地波所能传送的距离越远,频率到了相当低的程度,可能就涵盖整个地球,这封远距离通讯可说是最有利了,可惜的是,频率太低,天线就必须要很长,而且发射功率也要极强。一般频率极低的长波,天线是架设在两座山之间,或者是埋设在地下。
自天靠地波,夜晚靠天波
在白天,长波可以说是靠地波沿着地表传散开来,可以传到多远的地方,就完全要看地表对电波的阻抗大小。但是当频率降低时,例如 100KHz,这波长与地球表面及电离层之间,恰似一导波管,很容易使这讯号跑遍半个地球;频率再低一点的话,讯号甚至可以跑遍整个地球,及穿入到海面下。
当然,长波也会有天波成份;当频率不断上升,到达 300KHz 以上时,天波传导就很明显,尤其是到了夜间,底端的 D、E 电离层消失,更可以把长波讯号及 AM 广播讯号,借着天波,传送到极远的地方。
白天,一小部份的天波是由底端的 D 电离层折射,大部分都被电离层吸收了,到了夜晚,会吸收低频讯号的 D、E 电离层会转弱,甚至消失,于是讯号就有机会碰到更高的 F 电离层,并且被它所折射,这样就可以把讯号传到更远的地方。
长波最怕的是大气干扰,大气背景总是有很大的杂讯存在,尤其是在热带区域,不停的打雷,使得大气背景杂讯更强。另外,家庭电器也是干扰长波讯号的祸首之一;行走中的汽车,工厂的变压器,也会制造出干扰长波的杂讯来源。因此,接收长波讯号就变成需要耐心及配合高超的技艺,才能发展好的兴趣。
无线电先驱
许多无线电通讯的先驱,都是在长波进行试验的。事实上,以往最早的观点认为,频率超过 AM 广播时,工作频率越高,越不管用,这种观念也因此在无线电发展的婴儿时期,造成了长波的流行;当然,早期的电子材料限制也是因素之一,因为在真空管发展早期,工作频率受到很大的限制,只有在长波范围内,才容易有大功率的放大器。
直到 1920 年代,长波的流行风才开始慢慢退下来,当时,许多业余无线电人士都投入驱赶无线电干扰的行列,因为当时有许许多多的商业电台,采用极大功率做点对点的通讯及广播,尤其是许多电台还使用火花式发射机,这就造成了极严重的干扰。当时不知道是有意还是为了能共襄盛举,驱赶商业强力电台的干扰,于是业余无线电就流传着「频率越高,通讯距离越速」的说法,也因此业余无线电人士便蜂拥至俗称短波的高频里头。
从此,长波便算是走入没落的路途,直到第二次世界大战,这种局势才逆转过来,长波再度受到青睐,是因为最近发现了长波的传导特性比起短波来更稳定,而这正是许多应用所必备的条件,例如,「远距离无线电导航」、「远距离军事无线电通讯」、「核战时的紧急通讯」、及「标准时间标准频率的广播」等。
所以,现在只要打开长波接收机,你就可以听到航空、航海的导航或标帜讯号、长波广播讯号、标准时间标准频率讯号、军事通讯、通讯社的 RTTY 无线电电传打字通讯、及无线电定位讯号等;当然,更有许许多多无法归类的讯号。现在就让我们来简要介绍这些可以归类的讯号,首先从「标帜台」谈起。
标帜台
长波中最常见到的是标帜台或导航电台,工作频率通常在 l90KHz~ 410KHz 及 510KHz~535KHz 之间。这些导航讯号有的是供航空器,有的是供航海用的。一般这些电台都是连续发出慢速的 CW 呼号,一天 24 小时不间断地发射,以资辨认。虽然这些电台在白天时,讯号所能传送的距离都在 300 公里左右,但是到了夜间,这讯号有时可以传送到好几千公里远,而成为爱好收听远距离电台者的垂青对象。
一般航海用的导航标帜台是利用无方向性的天线,不断发出呼号。通常呼号是由几个字母及数字组成,现在有些标帜台还附带地发射出「 DGPS 数位全球地标码」,这样就可以提供给使用「 GPS 衔星定位」者的校正讯息,使得在标帜台范围内的卫星定位使用者,可以收到最精确的定位资料。
以往的航空主要还是靠长波的无线电定位系统,这是一种设在机场内或机场附近的小型低功率电台,以特定的安排方式,让电磁波形成特定的图案,飞行器便可以借着它,可靠的飞抵机场。目前这种定位系统几乎是功成身退,被 VOR 等其它先进的系统所取代。
不论是在欧美大陆,加拿大、或是世界其它地区,航空标帜讯号依然是航空器导航的重要部份,这些电台以蝶型图案方式,也就是像四片叶子辐射排开的样子,发射讯号,为了达到这样的效果,必须使用两对天线发射讯号。在全省各地都可以听到这样的标帜台讯号,但是这些电台是发射特定的字母,而不是电台的呼号。而这类电台的功率也不大,又因为是一天二十四小时发射,所以它发射出的讯号,也就成为远距离爱好者的追求对象。
标时台
利用长波做标准时间标准频率发播台 (简称标时台 )的广播,是最近几年来很热门的话题,目前整个世界已有好几个长波标时台,利用长波一天二十四小时地,播送精确的时间讯号,这些电台遵照规定,都使用 100KHz 以下的频率。
为什么要使用这么低的频率来做标时台呢?有哪些迷人的优点?其实原因无它,就是这频率的传导状况稳定,让使用者很容易接收到稳定的讯号,有稳定的讯号才能有精确的时间讯号。
长波不会受到电离层高度变动的影响而有严重的讯号延迟,电离层通常会随着白天、黑夜及季节等的影响而变化,比如在 5、10、15、 20MHz 等频率随意可接收到的标时台讯号,因为是短波,容易受到电离层的影响,所发出来的讯号经过传导的影飨,讯号到了使用者的手里,就没有那么可靠及精确了。
虽然大多数人对于短波标时台的误差并不怎么在意,但是这误差可能会使标时台的精确度不符合规格所需,尤其是当接收台与发射台距离很远时,就变得越复杂,也越不可靠,而主要靠地波传导的长波就没有这些缺点。
因为长波的优点显而易见,因此,许多研究单位便纷纷设立长波标时台,世界上第一座长波标时台是英国的 GBR,这座电台早在 1926 年就设立了,它也是当时世界上输出功率最大的电台,使用的频率是 16KHz,当时可以涵盖到整个美洲大陆,现在只要配备适当的接收机及解码机,就可以收到稳定的长波标时台讯号。
虽然在本岛,电讯研究所没有设立长波标时台,但在本岛也可以收到来自日本的长波标时台讯号,这是设在日本茨城县三和町,使用的频率是 40KHz,呼号为 JG2AS。
如何利用长波标时台讯号,下次我们有机会再提出一个含制作的专文来说明。
地标导航
长波的稳定传导特性,很适合拿来做为地标及导航用途,例如 LORAN 或是 OMEGA 系统就是。这类用途的频率是在 10KH、 14KHz、及 100KHz 附近,这些讯号虽然不能以人耳直接听出广播的内容,但是你可以利用接收机听到它,它是一片嘶叫声,而通常这类系统是由几个分布很广的电台所构成的网路,因此,你一定可以收到这讯号。
LORAN-C 是由 LORAN-A 进化而来的,以前这系统还曾经使用过 160 公尺波段的频率。LORAN-C 导航系统可以涵盖的面积广达 1800 万平方浬,在这范围内的船只及航空器,都可以利用 LORAN-C 做精确的定位,精确度可以达到 1/4 浬;而在范围内操作的话,可以让你回到原出发点上,误差在 50-300 呎之内。
LOMN-C 不论阴雨天睛,通常是 24 小时无休操作,而且都可以独立、精确、而有效率的应用。一般游艇、商务船、及渔船等都会配备 LORAN-C 做定位系统。
LOIMN-C 是由成串的电台构成一个系统,每座电台同步化地依序发射出成串的 100KHz 讯号。接收机收到这些来自相距好几百公里的不同电台的讯号后,可以测量出电台讯号抵达的时间差,这时间差极小,只有几微秒,经过校正曲线后,可以得到一条直线;之后,接收机又转向另一电台,同样测量出时间差,经过相同程序,同样可以得出另一条曲线,这两条曲线的交叉点,就是你的位置所在。
想要知道 LOMN-C 的讯号是长得什么样子的话,可以把接收机频率调到 100KHz,你就可以听到间断极短的嘶叫声,那就是 LORAN- C 讯号。
比 LORAN-C 波长更长的导航是 OMEGA 系统,此系统于 1960 年代末期才开始运作,与 LORAN-C 系统相类似,但是使用的频率是 10KHz 或是 14KHz。
从电波传播观点来看,OMEGA 使用的频率远比 LORAN-C 使用的还稳定,由于波长更长,穿透性也比 LORA-C 更好,因此,OMEGA 系统甚至可以提供潜水艇的定位导航。一座 OMEGA 电台可以涵盖的范围是 8000 海浬,这比起 LORAN- C 还更广,因此,全球只要设立八座 OMEGA 电台,就可以全部涵盖。
只要你可以接收 10KHz~14KHz 范围的接收机,就一定可以接收到 OMEGA 讯号,它的声音与在 100KHz 所听到的大同小异。不过,由于卫星导航系统发达,现在掌上型的 GPS 接收机也很便宜,因此在最近几年内,因为维护成本过高,可能会有几座 OMEGA 电台相继关闭。
长波广播
在欧洲及非洲大陆和某些亚洲区域,频率介于 150KHz~285KHz 之间的 AM 长波广播,依然很普遍。长波广播为了要达到远距离传播的效果,必须使用极强的发射功率及庞大的发射天线阵容,这样才能够有强大的讯号。因此,长波广播通常远比一般 AM 电台的讯号要传的更远。
不知道现今资讯发达的社会,是不是还有长波广播迷,不过,可以肯定的是,凡是听过莫斯科广播电台长波广播的人们,一定会恨怀念那各国的民谣音乐,虽然声音一点也不传真,但是光听那旋律就够了;你可以想象在 60 年代,从莫斯科广播电台听到「青春舞曲」、「丢丢铜」、「安平追想曲」等旋律,在长波出现的那种韵味吗?
当然,长波未能发达起来,有它的命运背景,但照理讲,喜欢听短波的朋友,也一定会光顾长波才对,可惜的是,许多一般的收音机并未配备长波波段,这就失去了良机;而雪上加霜的是,长波在某个距离范围外,收听的讯号并不稳定,比如在台湾,一定要到夜间才可以收听到从远距离传来的长波广播;而它又容易受到家庭电器的干扰,以及要使用更复杂的接收天线及技巧等,这些不利的因素,都使得长波未能顺利发展。
军事用途
因为只有长波可以靠地波直接顺着地球的表面曲度,延伸传播到很远的地方,而且稳定可靠,在卫星尚未发达之前,可以说是全球通讯的好工具,因此也受到军事通讯的青睐。尤其是海军,对长波更感兴趣,因为要潜水艇不浮出水面,而可以和陆地基地台通讯的,只有靠接收长波的讯号。因此,只要你是常驻足长波,一定可以碰上类似海军呼号的 CW 或 RTTY 讯号;只有长波的传导特性,才可以让海军做世界性的直接又可靠的通讯,一点也不会受到电波传导及太阳黑子活动的影响。
针对美国所运用的长波,最有名的是「 GWEN 地波紧急网路」及「 ELF 计划」,GWEN 是指 "Ground Wave Emergency Network",这网路在各地密集地建筑铁塔,以便组成一个紧急的长波网路,万一受到核子武器攻击时,可以有一可靠的通讯途径,因为受到核子武器攻击时,所产生的 EMP 磁爆效应,会使许多的无线电通讯失效,到时候,一些紧急的指挥电话或是长距离雷达监测讯号,都要使用长波来传递,也就是要保持最高指挥的白宫与战管单位的双向联络通畅。
一般一座 GWEN 电台,要占用十几公顷的土地面积,包括有铁塔、围墙、三座小屋,装有天线调谐器、数据处理设备、以及紧急电源供应设备;还有以电台天线铁塔为中心,使用铜管埋在地底下约 30 公分呈辐射状排开,构成了良好的接地系统;每座电台的输出功率约在 2~3KW 之间,频率可以在 150KHz~175KHz 之间变动。这些电台传送的都是短的数位脉冲,听过这讯号的人,形容其讯号听来像极了玻璃的破碎声。
使用频率比 GWEN 更低的是「 ELF 计划」,这是为了维持与位居海底不超过 400 英呎深的潜水艇保持联系的方法。有报告说,这计画使用的频率是 76Hz,光是天线就长达 80 公里,这系统的详细情况没有曝光过,倒是一些环保人士抗议,因为电台架设时,破坏了环境,而使得两处要架设 ELF 计划的电台波折不断。
除此之外,在长波波段里也经常可以发现到一些 CW 及 RTTY 讯号,有些是通讯社的,有些则无法追查;而在这频谱内,有一小块地方是所谓的「 1750 公尺波段」,这是一个专供实验性电台设立的地方,不需使用执照,任何人在技术规范下,都可以在这频率范围内设立电台。
1750 公尺实验电台波段
在 1950 年代之前,就有一群人进行无线电通讯实验,人数虽少,但是这群人热情不减,他们所使用的频率,当时很少人涉及,同时也没有相关的法令规范,更不用操作执照,这也就是所谓的「 1750 公尺波段」,它所使用的频率范围是 160KH~190KH,;若换算成波长的话,那就是 1874 公尺到 1578 公尺,实际上,这也不是分配给业余无线电使用的。
这 30KHz 范围,于 1950 年,美国的「联邦通讯委员会」 (FCC) 就规划出一些技术规范,并开放给任何人使用,只要符合技术规范,电台及操作者都不需要任何许可及执照。
联邦通讯委员会由原则着手,规划出了一些规范与准则:
一、发射机的最末级输入功率不得超过一瓦;
二、工作的频率不得高于 190KHz,也不能低于 160KHz,在这范围之外的混附辐射抑制要超过 20dB;
三、包括传输线、天线、及地线在内的发射机天线系统,总长不得超过 15 公尺。
这些联邦通讯委员会的规定,使得 1750 公尺波段的通讯更富挑战性,还好,联邦通讯委员会并没有规定通讯模式,也就是你可以做 CW、RTTY、SSB、FM、及 AM 等模式通讯,随君意愿。还有,联邦通讯委员会对于接收天线系统,也没有任何限制。
一般对从事低频实验的电台有个昵称叫 "LOWFERS",虽然 FCC 联邦通讯委员会有种种的限制,但还是有不少人热衷于长波的实验通讯,尤其是在同一波段附近的频率上,有不少航空标帜台,使用几百瓦的功率,通常可以传达 2000 公里左右。
在美国,因为有 GWEN 计画,所以 1750 公尺波段大都移师到 175KHz 以上,目前大多数是守在 189.5KHz 上,虽然有人尝试各种不同的通讯模式,像是同调及相位的先进调制技巧,不过大多数还是以 CW 为主。
因为联邦通讯委员会对于非业余无线电的实验电台,并没有硬性规定使用的呼号,因此这个波段内使用的是五花八门的呼号,有用乳名的,也有使用正式业余呼号的,有自编自创的。有部份真正喜爱 1750 公尺波段者,为了不想错过任何电波传导机会,还在家自设标帜台,一天 24 小时发射。
暂时撇开设台操作 1750 公尺波段会面对什么难题,只要你常常监听长波波段,你不会不想利用长波波段和别人做通讯,尤其是 1750 公尺波段;况且,1750 公尺波段通讯很类似早期的火花式发射机,可以让你重新体会早期的无线电通讯乐趣。根据一份非正式的报告,代表美国业余无线电界的美国业余无线电联盟 (ARRL, American Radio Relay League),已经向联邦通委员会提出一份计划书,要争取 190KHz 成为业余波段。 |
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