Very Low Frequency (VLF) Nedir?

Sizi bu kez çok farklı bir Dünya’ya götürmek istiyorum. Radyo amatörleri olarak alışık olduğumuz Very High Frequency (VHF) ve Ultra High Frequency (UHF) bandı dışında, davranış ve anten sistemleri olarak High Frequency (HF)’e kısmen benzer bir dünyaya. Adı VLF. Kısaltma İngilizce’de “Very Low Frequency” kelimelerinin baş harflerinden oluşmakla birlikte, dilimize “Çok Düşük Frekans” olarak çevrilmiştir. Bandın aralığı isminden de anlaşılacağı üzere oldukça düşük olup (3 Khz ile 30 Khz) arasındadır.

Bandın aralığı isminden de anlaşılacağı üzere oldukça düşük olup (3 Khz ile 30 Khz) arasındadır. Dalga boyu “myriametres” olarak da tanımlanmaktadır. VLF band genişliği çok küçük (dar) olduğundan sesli haberleşme için ne yazık ki uygun değildir.

Bunu yerine görece basit işaret sinyallerinin VLF radyo navigasyon (Alfa) ve zaman işaretleri (Beta) iletiminde aktif olarak kullanılır. Diğer bir aktif kullanım alanı ise radyo astronomi ve jeofizik araştırmalarıdır. takip ediyorsanız bu alanda yaptığı çalışmalarda VLF alıcı ve anten çalışmalarına mutlaka denk gelmişsinizdir.

VLF, ilk önceleri radyo mühendislik girişimleri çerçevesinde; 20 KHz den başlayan grup içinde genlik modülasyonu (Amplitude Modulation-AM) ve tek yan bant modülasyonu (Single Side Band-SSB) kullanarak radyo-telefon amaçlı kullanılması düşünülmüşse de yukarıda da belirtildiği gibi yetersiz bant genişliği nedeniyle bundan vazgeçilmiştir.

Bu bandın frekansları haberleşme denemeleri dışında zaman işaretlerinin (beta) uzak mesafelere erişebilmesi nedeniyle saat senkronizasyonu olarak da kullanılmıştır. ABD’de, saat sinyal istasyonu olarak bilinen WWVL, Ağustos 1963 yılında 20 KHz’de 500 Watt sinyal vericisi hizmete başlamış, (20 KHz ve 26 KHz) arasında değişen (FSK) ile veri göndermek için kullanılmıştır. WWVL servisinin yayını ise sonradan Temmuz 1972 yılında durmuştur. Günümüze kadar bu amaçla birçok uluslararası fizik laboratuarları da zaman kodlu sinyallerin (time code signal) yayınını gerçekleştirmiştir. Ancak bunlar şu an çoğunlukla (40-80) KHz arasında değişen bu yayın periyodunda ve VLF’nin bandı dışında olduğu için burada detaylarına girmiyoruz, belki ilerleyen zamanlarda farklı bandlarda onlardan da bahsedebiliriz.

Peki bu tür time signal ya da diğer istasyonların bize getirisi nedir, basitçe bir saat ayarı mı? Tabiî ki hayır. Bu tür güçlü vericiler kuruluş amaçları haricinde sizin VLF alıcınızın test edilmesinde yegâne unsurların başında gelmektedir. Eğer sinyali tanıyorsanız VLF alıcınızı test etmek için bir osilatör devresi ile ayrıca bir sinyal jeneratörü yapmanıza gerek kalmayacaktır. Yine de bu maksatla kullanılabilecek ve herkesin kolayca yapabileceği, bir (555) entegresi, iki direnç ve iki kondansatör kullanılarak yapılabilecek basit bir test jeneratörünü bilahare göreceğiz.

VLF Alıcı-Vericiler ve devasa anten boyu

VLF alıcıları nispeten basit ve kolay olarak üretilebilse de vericiler için ne yazık ki bunu söylemek zor. Hele ki güçlü vericiler için.

Anten konusu ise başlı başına bir problem. 3 KHz için anten boyunu hesapladığınızda (Işık Hızı/Frekans) bunun sebebi kolayca anlayabilirsiniz. Örneğin Antartika’da bulunan özel bir VLF araştırma labaratuvarında antenin boyu 27 Km. uzunluğundadır. Anten boyunu okuyunca hemen endişelenmeyin. Pratik çalışmalarda bu kadar uzun anten kullanmayabilirsiniz. Bunu yazı dizimizin ilerleyen bölümlerinde inceleyeceğiz. Soğuk Savaş dönemlerinde VLF için sadece yer vericileri kullanılmadığını görüyoruz. Bu amaçla bazı uçan devlere de bu görev verilmiş. Örneğin aşağıdaki resimde görülen Sovyet (Tupolev tip, yüksek performanslı, özel dizayn) Tu-142MR uçağı buna güzel bir örnek sayılabilir. Bu uçak görev yaptığı dönemlerde bir anlamda VLF rölesi olarak da hizmet vermiştir. Burundaki radome tip radar ve makaralı sistem VLF anteni ile özel bir sistem olarak hizmet vermiştir.

Bir denizaltı mı duydum ne?

VLF’yi bilimsel ve askeri çalışmalar dışında amatör alanda belki de ilginç kılan diğer bir konu denizaltı haberleşmesinde kullanılmış olmasıdır. Karasal alanda bu banda haberleşme amaçlı ihtiyaç duymayabilirsiniz ama aracınız suyun metrelerce derinliğinde seyreden bir denizaltı ise seçenekleriniz çok fazla değildir. Denizaltı haberleşmesi için kullanılan hidro-akustik haberleşme sistemleri de genelde (10-30) Km’yi geçemediğinden bu amaçla VLF ilk tercihler sırasına yükselmiştir.

Biliyorsunuz denizaltılar ortalama (250-300) metre derinliklerde ve bazıları okyanuslarda günlerce su üstüne çıkmadan faaliyetine devam eden askeri su araçlarıdır. Bağlı olduğu üssünden binlerce kilometre uzaklıkta ve günlerce su altında kalan bir denizaltının haberleşebilmesi için gerçekten de çok fazla seçenek olmasa gerek.

Tabi su içine VLF sinyallerinin nüfuz etmesini ima ederken, bu oran her yerde aynı olmayacaktır. Bunda en büyük etken denizaltının seyir halinda olduğu deniz suyunun tuzluluk oranıdır. Dolayısıyla buna bağlı olarak bu erişim/nüfuz mesafesi de değişecektir.

Örneğin Atlantik okyanusunda sinyallerin nüfuz derinliği (10-20) metre civarlarında, neredeyse periskop derinliğinde iken Baltık ve Akdeniz gibi denizlerde ise (40) metreyi aşan derinliklerere erişim münkün olacaktır. VLF, tuzlu suya belli bir mesafedeki derinliklere ulaşabilse de çok daha derinlerdeki haberleşme için bazı

Amerikan ve Rus denizaltıları denizaltı operasyonlarında Extremely Low Frequency (ELF)’yi tercih etmiştir.

Denizaltılar sualtı seyrinde haberleşme için özel anten ve aksesuarları kullanmaktadır. Arka kısmından salınıp/toplanabilen uzun bir tel anten (long wire) ile yüzeye yakınken veya su üstüne çıkmadan navigasyon sinyallerini takip edebilmektedirler.

Navigasyon Sistemleri (Navaid System)

Elbette uzak mesafelere erişmek bir anlamda güçlü ve birden fazla vericileri de beraberinde getirmektedir. Çünkü bu tür sistemler sadece zaman sinyali üretmek, tek yönlü alıcı/verici gibi amaçlarla kurulmamışlardır. Uydularınızın kullanılmadığı durumlarda mutlaka çok zayıf bir sinyalle de olsa bir batma/kırım/kaza anında onun yerini de bilmek istersiniz.

Öyle ki denizaltınız zaten suyun altında olduğu için yüzeyden aci durum mesajı da gönderememiş veya “deniazaltı battı” şamandrası yollayamamış olabilir. Bu durumda “acil durum” mesajı dipten gelmek zorunda.

Bu konuda özellikle Rus navigasyon sistemi ALPHA, RSDN-20 (The Russian Vlf Navaid System) ilk çalıştırıldığı zamanlarda oldukça ilgi uyandırmıştır.

Buna karşılık olarak Amerika tarafından geliştirilen OMEGA sistemi de benzer bir yapıda hizmet vermiştir. Omaga sistemi ise 30 Eylül 1997 tarihinde sona erdirilmiş ve bazı kuleleri sökülmüştür. Ancak yine de LaMoure gibi istasyonlar denizaltı haberleşmesi için hala kullanılmaya devam etmektedir.

Gerçekten bir VLF alıcı ile bir denizaltıları duymak mümkün mü?

Evet. Tabi bu haberleşme anlatıldığı kadar basit değildir. BCAA (Buoyant Cable Array Antenna) tip verici sistemleri genellikle 2 MW ila 20 kW yerden de iletilen güç ile büyük alanlarda (dönüm veya kilometrekare) bazında yer kaplamaktadırlar. Bu işin ana kara tarafındaki verici tarafı, haliyle denizaltılardan yayınlar daha düşük güçlerde yapılacaktır.

İletişim tiplerinde genelde; OOK / CWK: Açma-Kapama anahtarlama / Sürekli Dalga, FSK: Frequency-shift keying (frekans kaydırmalı anahtarlama, MSK: Minimum-shift keying (minimum kaydırmalı anahtarlama) şeklinde ve iki alternatif karakter set (5 bitlik ITA2 veya 8-bit ASCII) kullanılmıştır.

“Bir denizaltı duyacağım, haberleşmesini basit bir alıcı yapıp dinleyeceğim” diye hemen sevinmemenizi öneririm.

Bunlar askeri standartlarında yapılan bir haberleşme sistemi olup her zaman güvenlik nedeniyle şifrelenir veya kriptolanarak aktarılır. Evet belki sinyaline denk gelebilirsiniz ancak bu sinyalden bir anlam çıkarmak veya çözmek mümkün olmayacak, decode işleminde anlamsız karakter dizilimleri elde edeceksiniz. Diğer yandan unutmayın ki askeri denizaltıların yer gizliliği esastır.

Bu nedenle denizaltının her çağrıya cevap vermeyecek bunun yerine karadan (üssünden) gelen mesajları tek taraflı alarak işleyebilecektir. VLF’nin diğer frekans bandlarındaki yer tespit sistemlerinin doğruluk payı diğerleri ile karşılaştırma yapılamayacak kadar ileri seviyededir ki hata payı binlerce kilometre uzaklığa rağmen (3-7) Km arasında olabilmektedir.

VLF çalışması için nelere gereksinimim var?

Her şeyden önce, bilgisayarınızda yüklü bir ses kartı olması gerekir ki bu çoğumuzda var. Daha sonra kaydetmek ve radyo sinyallerini görmek için bazı spektrum analiz yazılımları gerekmektedir. Bunun için bir çok ücretsiz yazılım da var. Öyle ki sadece bir ses kartınız ve yazılımla bile aslında en basit bir VLF alıcısına sahipsiniz demektir.

Bu makalemizde basitçe VLF dünyasına giriş yaptık. Devam eden seri de VLF’nin farklı kullanım alanlarını, uygulamaları, devrelerini ve sinyal analizde kullanılan yazılımları kullanmayı ve ayarlarını göreceğiz. Umarım VLF konusu ilginizi çekmiştir