ultra low frequency

L'ultra basse fréquence (ULF) désigne les ondes électromagnétiques dans la bande de 300 Hz à 3 kHz, une région du spectre où la radio se comporte de manière fondamentalement différente des fréquences plus élevées que la plupart des gens associent à la diffusion. À ces longueurs d'onde (environ 1 à 100 kilomètres), les ondes radio pénètrent l'eau de mer et les formations géologiques qui bloqueraient entièrement les signaux VHF ou micro-ondes. Cette capacité de pénétration fait de l'ULF le seul choix pratique pour communiquer avec les sous-marins immergés, qui ne peuvent pas élever d'antennes au-dessus de l'eau ou recevoir de signaux satellites.

La principale contrainte de l'ULF est la taille de l'antenne. Un dipôle demi-onde pour 1 kHz s'étendrait sur 150 kilomètres. Les émetteurs ULF terrestres utilisent donc de très longs fils, des boucles, ou plus souvent, de grands monopôles au sol avec des réseaux de mise à la terre répartis sur des hectares. L'US Navy exploite plusieurs sites d'émetteurs ULF spécifiquement pour l'autorité de commandement des sous-marins; ces installations sont parmi les plus grandes et les plus gourmandes en énergie sur Terre. La puissance de transmission varie généralement de centaines de kilowatts à plusieurs mégawatts pour obtenir une réception fiable en profondeur.

La VLF (très basse fréquence, 3 à 30 kHz) se situe juste au-dessus de l'ULF et partage des propriétés de propagation similaires, bien qu'avec une efficacité d'antenne légèrement meilleure et des débits de données plus élevés. La distinction est importante en pratique: la VLF peut utiliser des antennes plus compactes et prend en charge une manipulation plus rapide, mais la pénétration plus profonde de l'ULF la rend irremplaçable pour les communications stratégiques à très basse fréquence. Les géophysiciens utilisent également des sources ULF contrôlées pour étudier la conductivité crustale, une technique distincte des travaux magnétotelluriques passifs à des fréquences plus élevées.

Le fonctionnement ULF réel est confronté au bruit des harmoniques des lignes électriques (fondamentales de 50 ou 60 Hz et leurs interactions à basse fréquence) et des phénomènes naturels tels que les pulsations électromagnétiques pendant les tempêtes géomagnétiques. La conception du signal met donc l'accent sur des schémas de modulation robustes tels que la modulation par déplacement de fréquence (FSK) et une correction d'erreur étendue, acceptant des débits de données très faibles (souvent des chiffres uniques en bits par seconde) en échange d'une livraison de message quasi certaine. Une commande navale de 100 caractères peut nécessiter des minutes pour être transmise.