长波及其应用

长波及其应用
目录
1.什么是长波？
2.长波波段
3.长波传导特性
4.白天靠地波，夜晚靠天波
5.无线电先驱
6.标帜台
7.标时台
8.地标导航
9.长波广播
10.军事用途
11. 1750 公尺实验电台波段
1.什么是长波？
长波是指中波广播段540千赫以下的所有频率。

无线电频率的下限并没有一个确切的定义，但5千赫作为无线电频谱的起点是被广为接受的。

许多年来，长波为无线电爱好者们所忽视，因为最为常用的通信接收机的下限只是540千赫。

不过现代的新接收机大多数可以调谐到150千赫，帮故而长波远程通信又流行了起来。

收听长波的一个大问题是噪声，电气设备、电动机等等。

长波远比高一些的频率来得容易受影响，当你在家里收听时，你在整个长波段可能只能听到一种很响的“兹”的声音。

并且有来自雷电的静态的噼叭声可能很严重，尤其是在夏天。

为了减少噪声，许多长波爱好者使用一种可以拒绝邻近的电气噪声的室内的环形天线，还有一些人使用特殊的相移单元以削减噪声电平。

接收的距离与中波广播相似。

当信号是通过水面到达你的接收点时，可能有更大的范围，这经常出现海岸边上。

在晚上可能收到数百甚至数远达千英里的信号。

冬天的夜晚比夏天来得好，春分秋分时节经常有最好的传播。

不像1700千赫以上的短波频率，长波频谱是建立在更“ad hoc”的基础上的，不同的用户或业务共享同一频段。

155千赫以下：155以下的信号的电离层传播不好，甚至在冬天的夜晚天波的吸收也太强。

信号可以通过地波传播几千英里，但需要发射机有强大的功率。

在甚低频的信号，即50千赫及以下的，可以很好地穿透海水。

所以这些频率被主要的大国用于军事，特别是用于潜艇的通信。

可以在10。

2、10和13。

6khz听到美国的欧米伽导航系统。

俄国海军在15.62kHz 使用相似的系统。

美国空军在29.5、37.2kHz上有一个移频键控的通信系统。

这个系统是个用于核爆炸发生后电离层破坏后的备用系统。

这里还可以听到各式各样的基于移频键控的海军的对潜直接通信。

150到175千赫：在美国，这个范围是用于美国空军地波应急网络（GWEN），一个基于分组交换的网络提供在核战争时的通信。

这些发射机长期保持无调制的发射状态，很容易听到它的刺耳的脉冲信号。

155到281千赫：这是另一个在欧洲和亚洲部分的调幅广播波段。

在欧洲有几个大功率的（1千kW以上）电台。

这些电台可以覆盖整个欧洲的国家如法国或德国，整天都有可靠的信号。

虽然电离层对这些频率的传播不太好，但它们的大功率意味着在秋天和冬天，这些广播信号可以被大西洋沿岸的人听到。

最好的收听时段在日落到0600UTC这段时间。

俄国亚洲部分有少量的电台，在日落前一个小时开始可以被太平洋沿岸听到。

160到190千赫：在美国这部分是开放给无执照的实验发射机，功率限定小于1W，最大的天线尺寸（包括馈线）限制在50英尺以内。

任何模式都可以用。

在最好的条件下，有些“lowfer”(人们这样叫他们)被在几百英里外的人听到过。

200到430千赫：这个范围主要被用于导航频标台，它们连续地用摩尔斯码重复它们的呼号。

各处的呼号并不是按国际组织分配的次序排下来的。

呼号往往与地名有关，如：365kHz的“FT”在得州的福特沃斯（Fort Worth,Texas）.
430到500千赫：这部分用于船只与岸台之间的双向摩尔斯码通信。

岸台使用三个字母的呼号，船台的呼号有四个字母组成。

所有的呼号由国际分配。

你在这个部分能听到的电台数量正在快速地减少，因为船台都越来越多地使用卫星和短波通信。

1999年二月以后，航行在国际水域上的船只不再需要有技能的摩尔斯码报务员了，从这天起你能听到的台数会很快地减少。

500khz：这是一个国际船舶呼叫和呼救频率，现在很少使用，1999年二月以后，船台和岸台都有不再要求监听这个频率了。

500到540khz：这一段因为有各式各样的频标和电台而比较热闹。

也许最有趣的频率是518千赫，用于航海安全和导航信息，基于移频键控。

这个系统叫作NA VTEX，包括了气象公告板也有失去联络的和晚点的船只。

530kHz：用于美国和加拿大的低功率道路与交通信息广播。

有关长波接收技术、现在可听到的电台和现时可听到的实验台的最好的来源是美国长波俱乐部
长波通常指LF(低频)波段的广播波段——LW，指低于531（or 540)KHz的频率。

低于155KHz 的电波很难通过电离层传播。

但通过地面波可以远传达数千公里。

在甚低频（VLF——≤50KHz)信号在水中有非常好的穿透性。

如10.2,13.6,15.62,29.5,37.2KHz可以听到苏，美到军事通信FSK信号。

150~175在军事上用做GWEN系统的通信。

155~281广泛用做长波波段广播，其中LW在153~279KHz。

160~190规定为业余通讯用。

200~430是NDB （航标）信号。

450~500有许多海上通讯（CW）信号。

2.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。

3.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。

4.白天靠地波，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。

5.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。

6.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 卫星定位」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。

7.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。

8.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。

9.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。

10.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。

11. 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：
⑴发射机的最末级输入功率不得超过一瓦；
⑵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；
⑶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。