潛艇通訊篇第五章(資料搜集員VR2ZKG)

可到達超深度的ELF極超長波

VLF雖然可以達成水中通信的目的，但因它在最好的條件下仍必須浮到水深十五公尺處，十分不便。現代的潛艇平常都可潛航到300公尺以下，如果一定要浮到十五公尺的淺水處，無異是自行放棄隱密性。

因此，在深海也能受信的通訊系統計劃遂被著手實用化。它所使用的是較VLF波長還長的ELF。周波由 數十 至 30Hz，波長1000 - 10,000公里，發信設施因而也須極大的規模。大家能想像得到嗎 ? 一條半波雙極天線如果合駐波的話竟然要5000公里長?!?

美國開始著手ELF(極超長波)的研究是在1958年，1962年時在北卡羅萊納州建造了實驗性的發信設施，雖然傳送的資料非常少量，卻也曾令在地中海潛航的潛艇受信成功。使用周波數為76Hz(赫)，波長4000公里，約略相當於橫跨美國本土的距離。簡直完全超乎我們一般 HAM 友的想像能力 !

即使它的半波長也有二千公里，以空間而言實在很難收藏如此長的天線。唯一可解決之方法是把天線和地表平行，並把兩端埋入地中，形成水平的偶極天線(dipole)。從天線的一端發出的電流經過地中到達另一端，將可形成實質的環形天線。如此可確保長天線在地中的安全。

由於地面的傳導率低，進入地中的電流在深度的浸透後會再度返饋回來，天線的環形長度還要再加大。因此，儘可能選擇傳導率高的地層，在地質學中被稱為 Laurentia Shield 的地域的傳導率最適合。此種接近地表的地層我還依稀記得在中七時讀過是出現在美國德州、內華達州、新墨西哥州、威斯康辛州，以及密西根州。歐洲方面則是北部的蘇格蘭。電流在這種地層最深可潛入三公里以上的地中。

從這種天線發出的電波會形成垂直的偏波(polarization)，夾在地表和電離層之間環繞地球。它的衰減率(propagation loss)很低，大約一千公里才1dB。一旦在海面和波流接觸時，這個電磁波的E電場(electric field)會產生水平方向成份，潛入水中。在海中的衰減率約為一公尺0.3dB(75Hz時)，因此一般都可傳播到海面下100公尺。

水平張開的天線會放射出8字型的電波波瓣，因此把天線交叉成十字型，即可向全方向發射。

而由於此種天線的架設是在地表以下的關係，和空中發出的電波能量相比，能夠進入天線的能量就少了許多。一百萬Watts的入力僅有 8 Watts而已。

同時亦由於波長如此之長，能傳送的情報量就變得非常之少，情況良好時每分鐘只有一(bit)。美國海軍現時的運作是每十五分鐘送三個字母。26個英文字母每三個字母的組合是26三次方，也就是一17576種，只要事前決定好組合文字的意思，這17576個組合就可傳達相當多種類的情報。即如淮山杞子在填海工程部裡提供的船上使用信號旗只用四種顏色就已可以表達出多個不同的海事訊息來就是很好的實證。由於在事前都已決定好組合的意思，因此在傳遞某種特別的情報時，不能花十五分鐘只傳達三個字母，而必須要靠密碼的組合了。

既然ELF的訊息傳送量是如此少及慢，於是ELF主要就被用來當成是警報器多過實際通訊用。換句話說，當要督促潛艇注意某種事情時，就使用ELF，而潛艇就根據此等提示訊息浮到接近海面的淺水處，藉著TACAMO轉送VHF或UHF，接收更詳細的情報。

第五章暫時到此為止, 最後一章 藍綠鐳射快將上線 !