КНЧ означает крайне низкие частоты, по-английски ELF. В номенклатуре ITU диапазон ELF — 3–30 Гц. В некоторых областях термин используют шире, поэтому в исследовании нужно указывать числовые границы, а не только сокращение.
КНЧ, ELF и соседние диапазоны
| Обозначение ITU | Частота | Длина волны в свободном пространстве |
|---|---|---|
| ELF | 3–30 Гц | Около 100 000–10 000 км. |
| SLF | 30–300 Гц | Около 10 000–1 000 км. |
| ULF | 300–3 000 Гц | Около 1 000–100 км. |
Поля электросети 50 или 60 Гц могут рассматриваться под расширенным названием ELF в работах об окружающей среде. Это не меняет границы приведённой таблицы. Диапазоны 3–30 и 3–300 Гц нельзя подменять без пояснения.
Как вычислить длину волны
В свободном пространстве λ = c/f, где c ≈ 299 792 458 м/с. На 10 Гц получается примерно 30 000 км, на 100 Гц — 3 000 км. Для 70–150 Гц значение 200 км неверно.
Обычные технические размеры антенн при таких длинах волн электрически очень малы. Эффективное излучение, согласование и полоса поэтому сложны: низкая частота не делает эффективный передатчик автоматически компактным.
Природные источники и резонансы Шумана
Молнии возбуждают электромагнитные поля. В области между земной поверхностью и ионосферой существуют глобальные резонансы Шумана; первая мода находится около 8 Гц, другие — выше.
Спектральные максимумы имеют конечную ширину и меняются с условиями. На наблюдение влияют ионосфера, распределение гроз и место измерения. Это не механическая вибрация всей Земли с неизменной амплитудой.
Проникновение в проводящие среды
В некоторых проводящих средах снижение частоты уменьшает затухание на единицу пути, но не устраняет его. Для однородного хорошего проводника глубина проникновения амплитуды в простой модели равна δ = √[2/(ωμσ)].
При σ = 4 См/м и μ ≈ μ0 получаются примерно 80 м на 10 Гц и 25 м на 100 Гц. На расстоянии δ амплитуда уменьшается до 1/e. Это не гарантированная глубина связи: важны границы сред, геометрия источника и шум.
Проводимость земной коры неоднородна. Одно число нельзя переносить на любой грунт и любую геологическую структуру.
Применения и ограничения
Такие поля исследуют в физике атмосферы, геофизике, измерениях окружающей среды и специальных низкочастотных системах связи. В описаниях последних ELF может употребляться шире строгой номенклатуры.
Малая доступная полоса и сложные антенны ограничивают передачу данных. Проникновение в некоторые среды не означает широкополосный интернет. Небольшая антенна не формирует при этих длинах волн такой же узкий дальний луч, как микроволновая тарелка.
Как читать результаты измерений
Магнитометр или индукционная катушка измеряет магнитную составляющую, электрический зонд — другую величину. Нужно знать калибровку, ориентацию, шум, частотную характеристику и длительность наблюдения.
Отделяйте сетевую частоту и гармоники, движение датчика, дрейф и локальные приборы от изучаемого источника. Отдельный пик спектра не устанавливает его происхождение. Указывайте Гц, В/м и Тл либо соответствующие доли единиц раздельно.
Источники и воспроизводимость
Названия диапазонов приведены в ITU-R V.431. Материал NASA о резонансах Шумана объясняет роль молний и системы Земля–ионосфера. В отчёте сохраняйте числовой диапазон, датчик, место и обработку данных.
