초저주파수

Extremely low frequency
초저주파수
주파수 범위
3~30Hz
파장 범위
각각 100,000~10,000km
무선 대역
ITU
– (TLF) 1 (ELF) 2 (SLF) 3(ULF)
4(VLF) 5 (LF) 6(MF) 7 (HF)
8(VHF) 9(UHF) 10 (SHF) 11 (EHF)
12(THF)
EU/나토/미국 ECM
IEEE
기타 TV 및 라디오
1982년 깊이 잠긴 잠수함과 통신하는 데 사용되는 미국 위스콘신 주 해군 클램 호수의 ELF 송신 시설.ELF파를 방사하는 지상 쌍극자 안테나를 구성하는 2개의 수직 14마일(23km) 오버헤드 전송선의 진로를 왼쪽 아래에 볼 수 있습니다.

초저주파수(ELF)는 전자파(전파)에 대한 ITU 명칭으로[1] 주파수는 3~30Hz, 파장은 10만~1만km이다.[2][3]대기 과학에서는 일반적으로 3Hz부터 [4][5]3kHz까지 대체 정의가 제공된다.관련 자기권 과학에서는 저주파 전자파 진동(최대 3Hz 이하에서 발생하는 펄스)이 ULF 범위에 있는 것으로 간주되며, 따라서 ITU 무선 대역과는 다르게 정의된다.

ELF 전파는 지구 자기장의 번개와 자연 교란으로 발생하므로 대기 과학자들의 연구 대상이 된다.이렇게 긴 파장을 방출할 수 있는 안테나를 만드는 것이 어렵기 때문에, ELF 주파수는 인간이 만든 몇 안 되는 통신 시스템에만 사용되었습니다.ELF파는 바닷물을 침투할 수 있어 잠수함과의 통신에 유용하며, 몇몇 국가는 수몰된 잠수함에게 신호를 전송하기 위해 군사용 ELF 송신기를 개발했는데, 이는 메가 와트의 전력을 생산하는 송신기에 의해 구동되는 길이 15~60km의 거대한 접지선 안테나로 구성되어 있다.이러한 ELF [6][7][8][9][10][11][12][13]통신 설비를 구축한 나라는 미국, 러시아, 인도, 중국뿐입니다.미국의 시설들은 1985년과 2004년 사이에 사용되었지만 지금은 [9]해체되었다.

대체 정의

ELF는 서브 무선 [14]주파수입니다.일부 의료 피어 리뷰 저널 기사는 주파수가 50Hz[15] 및 50–[16]80Hz인 "극저주파수(ELF) 자기장(MF)"의 맥락에서 ELF를 참조한다.NASA와 같은 미국 정부 기관은 ELF를 0~[14]300Hz의 주파수로 비이온화 방사선으로 설명한다.세계 보건 기구(세계 보건 기구)"극저주파(공용어로서의 영어)과 자기장(EMF)"[17]의 세계 보건 기구는 또한 0과 300Hz사이의 주파수에서 50Hz에서,"공기 중에 있는 파장이 매우 긴(6,000km(3700mi)과 60Hz에서 5000km(3100mi))과 실용적인 상황에서, ele해 개념을 언급할 공용어로서의 영어를 사용해 왔다.ctric와 자기장은 서로 독립적으로 작용하며 개별적으로 [17]측정됩니다."

전파

지구 대기 중 ELF 전자파의 전형적인 스펙트럼으로, 슈만 공명에 의해 발생하는 피크를 나타냅니다.슈만 공명은 지구-이온층 구체의 공명 주파수이다.번개가 치면 공동이 벨처럼 "링"되어 소음 스펙트럼의 피크를 일으킵니다.50Hz의 급격한 전력 피크는 글로벌 전력망으로부터의 방사선에 의해 발생합니다.저주파(왼쪽)에서 노이즈의 증가는 지구 자기권의 느린 과정으로 인해 발생하는 무선 노이즈입니다.

파장이 매우 길기 때문에, 엘프파는 큰 장애물 주위를 회절할 수 있고, 산맥이나 지평선에 의해 차단되지 않으며, 지구의 곡률 주위를 이동할 수 있습니다.ELF와 VLF파는 지구 전리층 도파관 [5][18]메커니즘에 의해 장거리 전파된다.지구는 전리층 바닥에서 약 60km(37mi)의 고도에서 대기 중의 하전 입자 층으로 둘러싸여 있는데, 이를 ELF 파동을 반사하는 D 층이라고 합니다.전도성 지구 표면과 전도성 D층 사이의 공간은 ELF파를 가두는 평행판 도파관 역할을 하여 우주로 빠져나가지 않고 먼 거리를 전파할 수 있습니다.VLF파와는 대조적으로 레이어의 높이는 ELF 주파수에서 1파장보다 훨씬 작기 때문에 ELF 주파수에서 전파할 수 있는 모드는 전계가 수직이고 자기장이 수평인 수직 편광의 TEM 모드뿐입니다.ELF파는 1,000km(620mi)[18][19]당 1~2dB의 매우 낮은 감쇠율을 가지며, 단일 송신기가 전 세계적으로 통신할 수 있는 가능성을 제공합니다.

또한 ELF파는 높은 주파수의 전파를 흡수하거나 반사하는 흙이나 바닷물과 같은 "손실" 매체를 통해 상당한 거리를 이동할 수 있습니다.

슈만 공명

주요 기사:슈만 공명

ELF파의 감쇠는 너무 낮아서 무시할 수 있는 진폭으로 붕괴되기 전에 지구를 여러 번 완전히 돌 수 있으며, 따라서 반대 방향으로 방출된 파동이 거대한 [20]원 경로를 따라 지구를 일주하며 서로 간섭합니다.특정 주파수에서는 이러한 반대 방향의 파형이 위상 및 덧셈(강화)되어 정재파를 일으킵니다.즉, 닫힌 구형의 지구 이온권 공동은 거대한 공동 공명기로 작용하여 공명 주파수에서 ELF 방사선을 강화합니다.1952년 [21][22][23][24]독일의 물리학자 빈프리드 오토 슈만의 예언을 따 슈만 공명이라고 불리며 1950년대에 검출됐다.완벽하게 전도하는 벽과 함께 지구 전리층 공동을 모델링하면서, 슈만은 공명이 다음 주파수에서[20] 일어나야 한다고 계산했습니다.

실제 주파수는 전리층의 전도 특성 때문에 이것과 약간 다르다.기본적인 슈만 공명은 파장이 지구 둘레와 같은 주파수인 약 7.83Hz이며, 고조파는 14.1, 20.3, 26.4, 32.4Hz 등에서 발생합니다.번개는 이러한 공명을 자극하여 지구-이온층 공동이 종처럼 울리게 하고, 그 결과 이러한 주파수에서 소음 스펙트럼의 피크가 발생하므로 슈만 공명은 전지구적 뇌우 활동을 모니터링하는 데 사용될 수 있습니다.

슈만 공명에 대한 관심은 1993년 E. R. 윌리엄스가 공명 주파수와 열대기온 사이의 상관관계를 보여주면서 [25][20]지구 온난화를 감시하는 데 공명이 사용될 수 있다는 것을 암시하면서 새롭게 나타났다.

해저 통신

ELF파를 송신하는 데 사용되는 접지 쌍극자 안테나로, 미 해군 클램 호수 안테나와 유사하며, 작동 방식을 보여줍니다.송신기 P로부터의 교류 I가 오버헤드 전송선을 통과한 후 접지 접속선 G에서 다른 접속선으로 지구 깊숙이 들어가 다른 전송선을 통해 송신기로 돌아가는 거대한 루프 안테나로 기능합니다.이것에 의해, ELF파를 방사하는 교류 자기장 H가 생성됩니다.교류는 명확하게 하기 위해 루프를 통해서만 한 방향으로 흐릅니다.

ELF 전파는 바닷물에 깊이 침투해 잠수함의 작동 깊이까지 침투할 수 있기 때문에 몇몇 국가들은 잠수함과 통신하기 위한 해군 ELF 송신기를 만들었다.중국은 최근 잠수함 부대가 수면 위로 [26]떠오를 필요 없이 교신하기 위해 뉴욕시와 비슷한 크기의 세계 최대 규모의 ELF 시설을 건설했다.1982년 미 해군은 위스콘신주 클램 레이크와 미시간주 [27]리퍼블릭에 두 개의 결합된 ELF 송신기인 최초의 ELF 잠수함 통신 시설을 건설했다.그들은 2004년에 문을 닫았다.러시아 해군은 콜라 [28]반도의 무르만스크에서 ELF 송신기 ZEVS(Zeus)를 운용하고 있다.인도 해군은 INS 카타봄만 해군기지에 Arihant급 [13][29]및 Akula급 잠수함과의 교신을 위한 ELF 통신시설을 갖추고 있다.

설명.

바닷물은 전기 전도성 때문에 대부분의 고주파 전파로부터 잠수함을 보호해주기 때문에 일반 주파수에서 잠수함과 무선 통신이 불가능하다.단, ELF 주파수 범위의 신호는 훨씬 더 깊이 침투할 수 있습니다.ELF 통신 채널의 유용성은 2가지 요인에 의해 제한됩니다.즉, 분당 몇 글자의 낮은 데이터 전송 레이트와 잠수함에 필요한 크기의 안테나를 설치하는 것이 실용적이지 않기 때문에 단방향 특성입니다(안테나는 통신을 성공시키기 위해 매우 큰 사이즈가 필요합니다).n) 일반적으로 ELF 신호는 잠수함이 다른 형태의 통신을 수신할 수 있는 얕은 깊이까지 상승하도록 명령하기 위해 사용되어 왔다.

ELF 통신의 어려움

ELF 주파수 범위에서 방송할 때 발생하는 어려움 중 하나는 안테나 크기입니다. 왜냐하면 안테나의 길이는 적어도 파장의 상당한 부분이어야 하기 때문입니다.간단히 말해, 3Hz(초당 사이클) 신호의 파장은 전자파가 주어진 매체를 통과하는 거리의 1/3초와 같습니다.매질의 굴절률이 1보다 크면 진공에서 ELF파가 빛의 속도보다 느리게 전파된다.군사용으로 사용되는 파장은 초당 299,792km(186,282mi)를 50–85Hz로 나누면 약 3,500~6,000km(2,200~3,700mi) 길이에 해당합니다.이것은 약 12,742 km의 지구의 지름과 맞먹는다.이 거대한 크기 때문에 ELF 주파수를 사용하여 국제적으로 송신하기 위해서는 지구 자체가 안테나의 중요한 부분을 형성하고 지면에 매우 긴 리드가 필요합니다.작은 크기의 실용적인 라디오 방송국을 건설하기 위해 전기적 연장 등 다양한 수단이 사용됩니다.

미국은 2004년 9월 말 해체될 때까지 위스콘신 주 체카메곤-니콜렛 국유림과 미시간 주 에스카나바 강 국유림(원래 프로젝트 Sanguine으로 명명된 후 프로젝트 ELF로 이름을 변경)에 두 개의 부지를 유지하였다.두 현장 모두 긴 송전선, 이른바 접지 쌍극자를 납으로 사용했습니다.이들 리드는 22.5~45km(14.0~28.0mi) 길이의 여러 가닥으로 구성됐다.이 방법은 비효율적이기 때문에 시스템을 작동시키기 위해 상당한 양의 전력이 필요했습니다.

생태학적 영향

ELF 신호의 생태학적 영향에 대한 우려가 있었다.1984년 연방 판사는 더 많은 환경 및 보건 연구가 필요한 공사를 중단했다[of what?].연방항소법원은 미 해군이 전자장의 효과를 연구하기 위해 2천5백만 달러 이상을 썼다고 주장했으며, 결과는[citation needed] 표준 배전선에 의해 생성된 효과와 유사하다는 것을 보여준다며 이 판결을 기각했다.이 판결은 모두에게 받아들여지지[who?] 않았고[further explanation needed], ELF가 사용되던 기간 동안 민주당 상원의원 허브 콜, 러스 파인골드, 데이브 서번트 의원과 같은 위스콘신 정치인들은 폐쇄를 요구했다.

기타 용도

22Hz 범위의 송신기는 파이프라인 유지보수 또는 피깅에도 사용됩니다.신호는 교류 자기장으로 생성되며, 송신기는 파이프에 삽입된 청소 장치인 "피그"에 장착되거나 일부에 장착됩니다.돼지는 대부분 금속으로 만들어진 송유관을 통해 밀려난다.ELF 신호는 금속을 통해 검출할 수 있기 때문에 파이프 [30]외부에 있는 수신기로 위치를 검출할 수 있습니다.돼지가 특정 장소를 지나갔는지 확인하고 걸린 돼지의 위치를 파악하는 것이 필요하다.

일부 무선 모니터링 애호가들은 18인치 액티브 안테나에서 수천 피트 길이의 안테나를 사용하여 ELF 신호를 기록하고, 펜스, 고속도로 가드 레일, 심지어 해체된 철로를 이용하여 고속으로 재생하여 지구의 자연 저주파 변동을 보다 쉽게 관찰합니다.h의 전자기장재생속도를 높이면 피치가 높아지기 때문에 오디오 주파수 범위로 들어가 [citation needed]음성을 높일 수 있습니다.

천연원

자연적으로 발생하는 ELF 파동은 지구에 존재하며, 전리층과 대기 중의 전자를 [31]진동시키는 낙뢰로 보이는 표면 사이의 영역에 공명합니다.VLF 신호는 주로 번개 방전에서 생성되지만, 관찰 가능한 ELF 컴포넌트(슬로우 테일)는 [32]거의 모든 경우에 VLF 컴포넌트를 따르는 것으로 나타났습니다.또한 지구 이온권 공동의 기본 모드는 지구 둘레와 같은 파장을 가지며, 공진 주파수는 7.8Hz이다.이 주파수와 14, 20, 26 및 32Hz의 높은 공명 모드는 ELF 스펙트럼에서 피크로 나타나며 슈만 공명이라고 합니다.

엘프파는 토성의 위성 타이탄에서도 잠정적으로 확인되었다.타이탄의 표면은 ELF 파동의 반사율이 낮은 것으로 생각되기 때문에, 그 대신 파동은 물과 암모니아로 이루어진 지표면 바다의 액상과 얼음 경계에서 반사되고 있을 수 있으며, 일부 이론적인 모델에 의해 그 존재가 예측된다.타이탄의 전리층은 또한 지구의 전리층보다 더 복잡하며, 주 전리층은 고도 1,200 km(750 mi)이지만 추가로 63 km(39 mi)의 하전 입자 층을 가지고 있다.이것은 타이탄의 대기를 두 개의 서로 다른 공명실로 쪼개요.타이탄에 있는 자연 엘프파의 출처는 광범위한 번개 [31]활동이 없는 것으로 보여 불분명합니다.

가시광선에서의 태양 출력의 10만 배에 달하는 거대한 ELF 복사 출력은 마그네타에 의해 방사될 수 있다.게 성운의 펄서는 이 [33]순서의 힘을 30Hz로 방사합니다.이 주파수의 방사선은 성간 매체의 플라즈마 주파수보다 낮기 때문에 이 매체는 불투명하며 지구에서는 관측할 수 없습니다.

노출

전자파 치료, 전자파 방사 및 건강 연구에서는 0 ~ 100 헤르츠 사이의 전자파 스펙트럼 주파수를 초저주파장으로 [34]간주합니다.일반인이 ELF장에 노출되는 일반적인 소스는 고전압 송전선 및 2차 배전선에서 나오는 50Hz/[17][35][34]60Hz 전기장과 자기장이다(예: 주택가에 전기를 공급하는 자기장).

건강에 미치는 영향

1970년대 후반부터, 이 주파수 범위 내에서 ELF 전기장과 자기장(EMF)에 대한 노출이 건강에 부정적인 [35]영향을 미치는지에 대한 의문이 제기되어 왔다.외부 ELF 자기장은 매우 높은 자기장 강도로 신경과 근육 자극과 중추 신경계의 신경 세포 흥분성의 변화를 일으키는 신체 내 전장과 전류를 유도합니다.단기 높은 수준의 피폭과 관련된 건강 영향이 확립되었으며 50/60Hz에서 0.2-0.4mA와 같은 두 가지 국제 피폭 한계 지침(ICNIRP, 1998; IEEE, 2002)의 기초를 형성한다.1999년 Reilly의 연구에 따르면, 인간 자원봉사자의 ELF RF 피폭에 대한 직접 인식 임계값은 60Hz에서 약 2 - 5 kV/m에서 시작되었으며, 지원자의 10%가 이 수준에서 ELF 피폭을 감지했다.ELF 레벨이 7에서 20 kV/m로 상승했을 때 검출 비율은 자원봉사자의 50%로 증가했습니다.모든 피험자의 5%는 이러한 임계값에서 ELF의 인식을 [36]성가시게 여겼다.인간이 인지할 수 있는 kV/m 수준의 ELF는 ELF에 의한 표면 전하 유도로 인해 의류와 접촉하는 신체 부위, 특히 팔에 짜증나는 따끔따끔한 느낌을 발생시킨다고 한다. 지원자의 7%는 스파크 방전이 피사체가 잘 절연되어 있고 접지된 물체를 만지는 경우 고통스럽다고 설명했다.5 kV/m 필드지원자의 50%는 10kV/[37]m 필드에서 유사한 스파크 방전이 고통스럽다고 설명했습니다.

백혈병

ELF장에 대한 장기 저수준 피폭과 소아 백혈병을 포함한 여러 건강 영향 사이의 상관관계에 대해서는 높은 불확실성이 있다.2005년 10월, WHO는 과학 전문가 태스크 그룹을 소집하여 "소아 [35]백혈병과 관련하여 0~100,000Hz(100kHz) 주파수 범위의 ELF 전기장과 자기장에 대한 노출"에서 발생할 수 있는 건강상의 위험을 평가했다.장기 저준위 피폭은 0.3~0.4µT 이상의 주거용 전력 주파수 자기장에 대한 평균 피폭으로 평가되며, 아동의 1%~4%만이 그러한 [35]조건에서 사는 것으로 추정된다.그 후, 2010년에 역학 증거의 통합 분석은 전력 주파수 자기장에 대한 노출이 소아 [38]백혈병과 관련이 있다는 가설을 뒷받침했다.다른 어떤 연구도 ELF 노출이 어린이 [39][40]백혈병에 기여하는 요소라는 가설을 뒷받침하는 증거를 발견하지 못했다.

2014년 연구는 역학 연구에서 나타난 상관관계가 원인이라고 가정하고 유럽연합(EU27)의 ELF 자기장에 피폭된 소아 백혈병 사례를 추정했다.연간 약 50-60명의 소아 백혈병 환자가 ELF 자기장에 기인할 수 있으며,[41] 이는 매년 EU27에서 발생하는 소아 백혈병의 전체 발병 사례의 약 1.5%와 약 2.0%에 해당한다.그러나 현재 [when?]ICNIRP와 IEEE는 ELF 필드에 대한 장기 저수준 피폭으로 발생할 수 있는 건강 영향과 관련된 과학적 증거가 이러한 정량적 피폭 한계를 낮추기에 불충분하다고 간주한다.요약하자면, 모든 연구를 함께 평가할 때 EMF가 암 위험 증가에 기여할 수 있다는 증거는 [42][43]존재하지 않는다.역학 연구는 엘프에 대한 장기적인 직업적 노출과 알츠하이머 병 [44][45]사이의 가능한 연관성을 시사한다.

특허

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

메모들

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