Ultraniederfrequenz

Ultra Low Frequency (ULF) bezeichnet elektromagnetische Wellen im Frequenzbereich von 300 Hz bis 3 kHz, ein Spektralbereich, in dem sich Radiowellen grundlegend anders verhalten als die höheren Frequenzen, die man üblicherweise mit Rundfunk verbindet. Bei diesen Wellenlängen (grob 1 bis 100 Kilometer) durchdringen Radiowellen Meerwasser und geologische Formationen, die VHF- oder Mikrowellensignale vollständig blockieren würden. Diese Durchdringungsfähigkeit macht ULF zur einzigen praktischen Wahl für die Kommunikation mit getauchten U-Booten, die ihre Antennen nicht über Wasser ausstrecken oder Satellitensignale empfangen können.

Die Haupteinschränkung bei ULF ist die Antennengröße. Ein Halbwellen-Dipol für 1 kHz würde sich über 150 Kilometer erstrecken. Landgestützte ULF-Sender nutzen daher sehr lange Drähte, Schleifen oder häufiger große Bodenmonopole mit Erdungsnetzwerken, die sich über mehrere Hektar erstrecken. Die US Navy betreibt mehrere ULF-Sendestationen speziell für die Befehlsgewalt von U-Booten; diese Anlagen gehören zu den größten und energieintensivsten Funkeinrichtungen der Welt. Die Sendeleistung liegt typischerweise im Bereich von hunderten Kilowatt bis mehrere Megawatt, um zuverlässigen Empfang in der Tiefe zu erreichen.

VLF (Very Low Frequency, 3 bis 30 kHz) liegt knapp über ULF und teilt ähnliche Ausbreitungseigenschaften, allerdings mit etwas besserer Antenneneffizienz und höheren Datenraten. Der Unterschied ist in der Praxis relevant: VLF kann kompaktere Antennen nutzen und unterstützt schnellere Tastung, doch ULF's tiefere Durchdringung macht es für niedrigfrequente strategische Kommunikation unverzichtbar. Geophysiker nutzen kontrollierte ULF-Quellen auch zur Untersuchung der Krustenleitzahl, ein Verfahren, das sich von passiver Magnetotellurik bei höheren Frequenzen unterscheidet.

Der praktische ULF-Betrieb sieht sich Störungen durch Stromleitung-Harmonische (50 oder 60 Hz Grundfrequenzen und ihre niederfrequenten Wechselwirkungen) und natürliche Phänomene wie elektromagnetische Pulsationen während geomagnetischer Stürme gegenüber. Die Signalgestaltung betont daher robuste Modulationsverfahren wie Frequency Shift Keying (FSK) und umfangreiche Fehlerkorrektur, akzeptiert sehr niedrige Datenraten (oft nur einzelne Bits pro Sekunde) im Gegenzug für nahezu sichere Nachrichtenzustellung. Ein 100-Zeichen-Marinebefehl kann mehrere Minuten Übertragungsdauer erfordern.