Baja frecuencia

Baja frecuencia ( LF ) es la designación de la UIT ^[1] para las frecuencias de radio (RF) en el rango de 30 a 300  kHz . Dado que sus longitudes de onda varían de 10 a 1  km , respectivamente, también se las conoce como banda kilométrica u ondas kilométricas .

Las ondas de radio LF presentan una baja atenuación de señal , lo que las hace adecuadas para comunicaciones de larga distancia. En Europa y áreas del norte de África y Asia, parte del espectro LF se utiliza para la transmisión AM como la banda de " onda larga ". En el hemisferio occidental, su uso principal es para balizas de aeronaves, navegación ( LORAN , en su mayoría extinta), información y sistemas meteorológicos. Varias transmisiones de señales horarias también utilizan esta banda. El principal modo de transmisión utilizado en esta banda son las ondas terrestres , en las que las ondas de radio LF viajan justo por encima de la superficie de la Tierra, siguiendo el terreno. Las ondas terrestres LF pueden viajar sobre colinas y pueden viajar mucho más allá del horizonte, hasta varios cientos de kilómetros desde el transmisor.

Debido a su gran 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. ^[2] Las ondas terrestres 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 distancia de transmisión está limitada por la absorción de ondas terrestres en la Tierra. La atenuación de la intensidad de la señal con la distancia es menor que a frecuencias más altas. Las ondas terrestres de baja frecuencia se pueden recibir hasta a 2000 kilómetros (1200 millas) de la antena transmisora.

Las ondas de baja frecuencia también pueden ocasionalmente viajar largas distancias al reflejarse en la ionosfera (el mecanismo real es uno de refracción ), aunque este método, llamado propagación por ondas ionosféricas o por "saltos", no es tan común como en frecuencias más altas. La reflexión ocurre en la capa E o en las capas F de la ionosfera . Las señales de ondas ionosféricas pueden detectarse a distancias superiores a 300 kilómetros (190 millas) de la antena transmisora. ^[3]

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.

En Europa y Japón, desde finales de los años 1980, muchos dispositivos de consumo de bajo coste incorporan relojes de radio con un receptor de baja frecuencia para estas señales. Como estas frecuencias se propagan únicamente por ondas terrestres , la precisión de las señales horarias no se ve afectada por las distintas trayectorias de propagación entre el transmisor, la ionosfera y el receptor. En los Estados Unidos, estos dispositivos se volvieron viables para el mercado de masas sólo después de que se aumentara la potencia de salida de la WWVB en 1997 y 1999.

JJY transmitía en exactamente la misma frecuencia, pero tenía un código de tiempo similar .

Las señales de radio por debajo de los 50 kHz pueden penetrar en las profundidades oceánicas hasta aproximadamente 200 metros (660 pies); cuanto mayor sea la longitud de onda, más profundo llegarán. Las armadas británica, alemana, india, rusa, sueca, estadounidense ^[4] y posiblemente otras se comunican con submarinos en estas frecuencias.

Además, los submarinos nucleares de la Marina Real que transportan misiles balísticos supuestamente tienen órdenes de vigilar la transmisión de la BBC Radio 4 en 198 kHz en aguas cercanas al Reino Unido. Se rumorea que deben interpretar una interrupción repentina de la transmisión, en particular del programa de noticias matutino Today , como un indicador de que el Reino Unido está siendo atacado, tras lo cual sus órdenes selladas entran en vigor. ^[5]

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

En Estados Unidos, la Red de Emergencia de Ondas Terrestres o GWEN funcionó entre 150 y 175 kHz, hasta que fue reemplazada por sistemas de comunicaciones satelitales en 1999. GWEN era un sistema de comunicaciones por radio militar terrestre que podía sobrevivir y continuar funcionando incluso en caso de un ataque nuclear.

La  Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de 2007 (CMR-07) ​​hizo una asignación mundial a los radioaficionados en esta banda. La banda de 2.200 metros (135,7–137,9 kHz), una asignación internacional de 2,1 kHz, está disponible para los operadores de radioaficionados en varios países de Europa, ^[6] Nueva Zelanda, Canadá, EE. UU. ^[7] y dependencias francesas de ultramar.

La distancia récord mundial para un contacto bidireccional es de más de 10.000 km desde cerca de Vladivostok hasta Nueva Zelanda . ^[8] Además del código Morse convencional , muchos operadores utilizan un código Morse muy lento controlado por computadora (el llamado "QRSS" ) o modos de comunicación digitales especializados.

El Reino Unido asignó una franja de espectro de 2,8 kHz desde 71,6 kHz a 74,4 kHz a partir de abril de 1996 a los radioaficionados británicos que solicitaron una Notificación de Variación para utilizar la banda sin interferencias con una potencia de salida máxima de 1 vatio  ERP . Esta fue retirada el 30 de junio de 2003 después de una serie de extensiones a favor de la banda estándar transeuropea de 136 kHz. ^[9] El código Morse muy lento de G3AQC en el Reino Unido fue recibido a 3275 millas (5271 km) de distancia, a través del Océano Atlántico , por W1TAG en los EE. UU. el 21 y 22 de noviembre de 2001 en 72,401 kHz. ^[a]

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 la banda " LowFER ", 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 ^[11] incluyen:

• La potencia de entrada total a la etapa final de radiofrecuencia (excluida la potencia del filamento o del calentador) no debe superar un vatio.
• La longitud total de la línea de transmisión, la antena y el cable de tierra (si se utiliza) no debe exceder los 15 metros.
• Todas las emisiones por debajo de 160 kHz o por encima de 190 kHz deberán atenuarse al menos 20 dB por debajo del nivel de la portadora no modulada.
• Como alternativa a estos requisitos, se puede utilizar una intensidad de campo de 2400/F(kHz) microvoltios/metro (medida a una distancia de 300 metros) (como se describe en 47CFR15.209).
• En todos los casos, su operación no podrá causar interferencias perjudiciales a los servicios autorizados.

Muchos experimentadores en esta banda son operadores de radioaficionados. ^[12]

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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 utilizando el alfabeto estándar ITA-2 con una velocidad de transmisión de 50  baudios y modulación FSK con desplazamiento de 85 Hz. ^[13]

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En las partes del mundo donde no hay servicio de radiodifusión de onda larga, las radiobalizas no direccionales utilizadas para la aeronavegación funcionan en la banda de 190 a 300 kHz (y más allá, en la banda de ondas decamétricas). En Europa, Asia y África, la asignación de radiobalizas no direccionales comienza en 283,5 kHz.

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

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

Los transmisores de telemetría GPS diferencial funcionan entre 283,5 y 325 kHz. ^[14]

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

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 , que interactúan con el campo cercano inductivo , en lugar de con ondas radiadas (ondas de radio) que son la única parte del campo electromagnético que persiste en el campo lejano. Como tales, técnicamente no son dispositivos de radio ni antenas de radio, aunque operan en frecuencias de radio y se denominan "antenas" en el sector de RFID, pero no en ingeniería de radio . Es más apropiado y técnicamente más informativo pensar en ellas como bobinas secundarias de transformadores acoplados de manera muy flexible .

Dado que las ondas terrestres que se utilizan 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, o en ocasiones alimentados a través de cables tensores. Las antenas en T y las antenas en L invertida se utilizan cuando la altura de la antena es un problema.

Las antenas de transmisión LF para transmisores de alta potencia requieren grandes cantidades de espacio y han sido causa de controversia en Europa y Estados Unidos, debido a las preocupaciones sobre posibles riesgos para la salud asociados con la exposición humana a las ondas de radio .

Los requisitos de antena para la recepción de frecuencias bajas son mucho más modestos que para la transmisión. Aunque a veces se utilizan antenas de alambre largo no resonantes, las antenas de bucle de ferrita son mucho más populares debido a su pequeño tamaño.

Los operadores de radioaficionados han logrado una buena recepción de LF utilizando antenas activas : un látigo corto con un preamplificador incorporado .

Debido a las largas longitudes de onda en la banda, casi todas las antenas LF son eléctricamente cortas , más cortas que un cuarto 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 resistencia muy baja para evitar la disipación de 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 antena, como la antena de paraguas y las antenas L y T, utilizan carga superior capacitiva (un "sombrero de copa"), en forma de una red de cables horizontales unidos a la parte superior del radiador vertical. La capacitancia mejora la eficiencia de la antena al aumentar la corriente, sin aumentar su altura.

La altura de las antenas varía según el uso. En el caso de algunas balizas no direccionales (NDB), la altura puede ser de tan solo 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 en T tienen una altura de entre 50 y 200 metros, mientras que las antenas de mástil suelen tener una altura superior a 150 metros.

La altura de las antenas de mástil para LORAN-C es de alrededor de 190 metros para transmisores con potencia radiada inferior a 500 kW, y de alrededor de 400 metros para transmisores de más de 1000 kilovatios. El tipo principal de antena LORAN-C está aislada del suelo.

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

En las estaciones de radiodifusión, a menudo se requieren antenas direccionales. Se componen de varios mástiles, que suelen tener la misma altura. Algunas antenas de onda larga constan de varias antenas de mástil dispuestas en círculo con o sin una antena de mástil en el centro. Estas antenas concentran la potencia transmitida hacia el suelo y proporcionan una gran zona de recepción sin desvanecimientos. Este tipo de antena se utiliza raramente, porque son muy caras y requieren mucho espacio y porque el desvanecimiento ocurre mucho menos en las ondas largas que en el rango de las ondas medias. Una antena de este tipo fue utilizada por el transmisor Orlunda en Suecia.