高周波

高周波（HF）は、周波数が3～30メガヘルツ（MHz）の電波帯域のITU指定[1]です。波長が1～10デカメートル（10～100メートル）に及ぶため、デカメートル帯域またはデカメートル波とも呼ばれます。HFのすぐ下の周波数は^中周波（ MF）と呼ばれ、次のより高い周波数帯域は超高周波（VHF）帯域と呼ばれます。HF帯域は短波周波数帯域の主要部分であるため、これらの周波数での通信は短波ラジオと呼ばれることがよくあります。この帯域の電波は大気中の電離層によって地球に反射されるため（「スキップ」または「スカイウェーブ」伝播と呼ばれる方法）、これらの周波数は大陸間距離を越えた長距離通信や、見通し通信ができない山岳地帯で使用できます。^[2]この帯域は国際短波放送局（3.95～25.82MHz）、航空通信、政府時刻局、気象観測所、アマチュア無線、市民バンドサービスなどで使用されている。

この帯域での長距離通信の主な手段は、スカイウェーブ（「スキップ」）伝搬です。これは、斜めに上空に向けられた電波が、電離層のイオン化原子層から地球に屈折して戻ってくるものです。^[3] この方法により、HF 電波は地平線を越​​えて地球の曲線を回り、大陸間距離で受信できます。ただし、このスペクトル部分がこのような通信に適しているかどうかは、複雑な要因の組み合わせによって大きく異なります。

• 送受信場所の日光/暗闇
• 送信機/受信機とソーラーターミネータの近接性
• 季節
• 太陽黒点周期
• 太陽活動
• 極地オーロラ

任意の時点で、2 点間の特定の「スキップ」通信パスに対して、通信が可能な周波数は次のパラメータによって指定されます。

• 最大使用可能周波数(MUF)
• 最低使用可能高周波数（LUF）と
• 最適伝送周波数（FOT）

冬の暗闇では最大使用可能周波数は 10 MHz を下回ることが多いが、夏の日中は 30 MHz を簡単に超える。これは波の入射角に依存し、波が真上に向いているときに最も低く、鋭角でないときに高くなります。つまり、波が電離層を非常に鈍角にかすめる長距離では、MUF がはるかに高くなる可能性があるということです。使用可能な最低周波数は、電離層の下層 (D 層) での吸収に依存します。この吸収は低周波数で強くなり、太陽活動の増加 (たとえば日中) によっても強くなります。日中は 5 MHz 未満の周波数で完全吸収が発生することがよくあります。これら 2 つの要因の結果、使用可能なスペクトルは冬の夜には低周波数にシフトし、中周波数(MF) 範囲になりますが、真夏の日中は高周波数の方が使用しやすく、多くの場合、低VHF範囲になります。^{[引用が必要]}

すべての要素が最適な状態であれば、HF で世界規模の通信が可能です。それ以外の場合は、大陸間または海洋間での通信が可能です。最悪の場合、バンドが「デッド」になると、どのような電力、アンテナ、その他の技術を投入しても、限られた地上波経路を超えた通信は不可能になります。大陸横断または世界規模の経路が特定の周波数で開いている場合、両端で適切なアンテナが使用されており、人工的または自然な干渉がほとんどまたはまったくない場合は、驚くほど低い送信電力 (多くの場合、ミリワット単位) を使用して、デジタル、SSB、モールス信号による通信が可能です。^[4]このようなオープン バンドでは、広範囲にわたる干渉が多くの潜在的なユーザーに影響を及ぼします。これらの問題は、HF バンドの 軍事、安全^[5]、アマチュア無線ユーザー にとって重要です。

低周波数帯では、地上波による伝播が主な伝播モードですが、地中吸収が大きいため、周波数が高くなるにつれて伝送距離が減少します。帯域の上端では、地上波の伝送距離は10～20マイルに制限されます。^{[6] : p.38}短距離通信は、見通し内（LOC）、地面反射、地上波経路 の組み合わせによって行われますが、マルチパス干渉によってフェージングが発生する可能性があります。

高周波スペクトルの主な用途は次のとおりです。

• 軍事および政府の通信システム
• 航空対地通信
• アマチュア無線
• 短波国際放送および地域放送
• 海上海陸間サービスおよび船舶間サービス
• 地平線越えレーダーシステム
• 世界海上遭難安全システム（GMDSS）通信
• 世界中の市民バンド無線サービス（通常 26～28 MHz、HF バンドの高周波数部分、低VHFに似た動作）
• 沿岸海洋力学応用レーダー

高周波帯域は、長距離（大陸間）の直接通信と、さまざまな状況での通信による「スリル」を楽しめるアマチュア無線家に非常に人気があります。国際短波放送では、この周波数セットのほか、減少傾向にある「ユーティリティ」ユーザー（海洋、航空、軍事、外交関係）も利用しています。これらのユーザーは、近年、不安定性の少ない通信手段（衛星経由など）に移行していますが、切り替え後もバックアップ目的で HF 局を維持する場合があります。

しかし、MIL-STD-188-141 に基づく自動接続および周波数選択のための自動リンク確立技術の開発と、衛星使用の高コストにより、政府ネットワークにおける HF 使用が復活しました。最大 120 キロビット/秒のデータ レートをサポートする MIL-STD-188-110C 準拠の高速モデムの開発により、データ通信およびビデオ伝送における HF の有用性も高まりました。STANAG 5066などの他の標準開発では、 ARQプロトコルの使用によるエラーのないデータ通信が提供されています。

連続波 モールス信号送信（特にアマチュア無線家による）や単側波帯音声送信などの一部の通信モードは、帯域幅を節約する性質があるため、他の周波数よりも HF 範囲でより一般的ですが、テレビ送信などの広帯域モードは、HF の電磁スペクトル空間の比較的小さな部分によって一般に禁止されています。

ノイズ、特に電子機器からの人為的干渉は、HF 帯域に大きな影響を与える傾向があります。近年、HF スペクトルの一部のユーザーの間で、HF 通信にほぼ破壊的な影響を与える「電力線経由ブロードバンド」( BPL )インターネットアクセスに対する懸念が高まっています。これは、BPL が動作する周波数 (通常は HF 帯域に相当) と、BPL 信号が電力線から漏れる傾向があるためです。一部の BPL プロバイダーは、スペクトルの特定の部分 (つまり、アマチュア無線帯域) をブロックするノッチ フィルターを設置していますが、このアクセス方法の展開については依然として大きな論争が続いています。プラズマ テレビなどの他の電子機器も、HF スペクトルに悪影響を与える可能性があります。

航空業界では、すべての大洋横断飛行に HF 通信システムが必須です。これらのシステムには、2182 kHz の国際遭難および呼び出しチャネルを含む 2 MHz までの周波数が組み込まれています。

HF の上部セクション (26.5-30 MHz) は、VHF の下部セクションと多くの特性を共有しています。アマチュア無線に割り当てられていないこのセクションの部分は、ローカル通信に使用されます。これには、 27 MHz 付近のCB 無線、スタジオから送信機 (STL) への無線リンク、模型の無線制御装置、無線ページング送信機が含まれます。

一部の無線周波数識別 (RFID) タグは HF を使用します。これらのタグは一般に HFID または HighFID (High-Frequency Identification) と呼ばれます。

この帯域で最も一般的なアンテナは、ワイヤダイポールアンテナや菱形アンテナなどのワイヤアンテナです。高周波数帯では、八木アンテナ、クワッドアンテナ、対数周期アンテナなどの多素子ダイポールアンテナが使用されます。強力な短波放送局では、大型のワイヤカーテンアレイがよく使用されます。

スカイウェーブを送信するためのアンテナは、通常、水平ダイポールまたはボトムフィードループから作られ、どちらも水平偏波を放射します。水平偏波送信が好まれるのは、アンテナによって送信される信号電力の約半分だけが直接空に伝わり、約半分が地面に向かって下向きに伝わり、空に「跳ね返る」必要があるためです。上位 HF バンドの周波数では、地面は水平偏波をよりよく反射し、垂直偏波からの電力をよりよく吸収します。この効果は、波長が長くなると減少します。

受信には、ランダム ワイヤ アンテナがよく使用されます。または、送信に使用したのと同じ指向性アンテナが受信にも役立ちます。これは、ほとんどのノイズはすべての方向から来るのに対し、必要な信号は 1 つの方向からのみ来るためです。長距離 (スカイウェーブ) 受信アンテナは、通常、垂直または水平のどちらにも向けることができます。これは、電離層による屈折によって信号の偏波が乱れ、信号が空から直接アンテナに受信されるためです。

アンテナは、必要な周波数範囲をカバーするのに十分な帯域幅を備えている必要があります。広帯域アンテナはより広い周波数範囲で動作できますが、狭帯域アンテナは特定の周波数でより効率的です。

HF アンテナの送受信感度を向上させるには、空気中に露出する金属部分が多いほど、受信感度が向上します。ただし、市街地など無線信号ノイズが多い場所では、周囲のノイズ信号も聞こえるため、指向性高周波 (HF) 無線アンテナを使用するか、HF ノイズフロア レベルが低い遠隔地で HF アンテナを使用し、HF トランシーバーを接続する設計方法が適用されます。

• 高周波活性オーロラ研究プログラム
• 高周波インターネットプロトコル
• 無線伝搬
• 宇宙天気
• 臨界周波数

• マスリン、NM「HF 通信 - システムアプローチ」。ISBN 0-273-02675-5 、Taylor & Francis Ltd、1987 年 
• ジョンソン、EE、他「高度高周波無線通信」。ISBN 0-89006-815-1 、 Artech House、1997年 
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• 高周波波伝搬、cscamm.umd.edu。
• 「高周波ノイズ」（PDF）
• 「HFラジオの利点」コダン
• HFラジオの太陽条件