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[编者按]潜艇，以隐匿性著称，是对敌进行海上突袭的首要力量之一。对潜通信，至今仍然是一个难题。海水固然是掩护潜艇行踪的绝好屏障，但绝大部分电波在穿过海水时会被吸收掉，也成了无线电对潜通信的最大障碍。虽然早在1901年，马可尼就使用无线电将信号传送到了大西洋彼岸，但是这次不同，阻挡电波前进的不是海的广博，而是它的深邃。
VLF发信台无线电中的“姚明”
与潜艇的通信，和对陆、对空乃至对水面舰艇的通信有着很大不同。因为在后面几种情况中，不管采用什么方式，电磁波都是在空中传播的；而潜艇在水下潜航，所以必须使电磁波穿透海水。要让习惯于“上九天”的电波服服帖帖地“下五洋”，听上去就不是一件容易的事，因为绝大多数的电波都“不习水性”，在水里跑不了多远就累得不行了，根本没法穿透海水，更不要说和大洋深处的潜艇通信联络。
但是，天无绝电波之路。1917年，法国率先开始了水下无线电通信的研究，发现低频率的电磁波在水中衰减得没有那么快。他们使用VLF频段的电磁波成功与16海里外一艘潜深10米的潜艇建立了通信。VLF的频率只有3-30千赫兹，换算过来，它的波长达到了10千米至100千米，所以VLF还有个别名，叫“超长波”。按照天线理论，天线的长度为工作波长的四分之一时效果最好，即便这样计算，VLF天线的长度也有2.5千米到25千米那么长。如此庞大的天线，占用的场地要以平方千米计算。因为远距通信的需要，它的辐射功率也大得惊人，达到了20千瓦到2兆瓦。
VLF发信台一般设在靠近海岸的陆地上。注意，我们一直在讨论的是“发信台”，因为限于恐怖的尺寸和功率，在潜艇上安装一套这样的发射设备是不可能的，所以潜艇上的VLF通信设备是只能收不能发的单工系统。通俗地说，岸基发射台就像广播电台一样，只负责发射电波，而潜艇就像一个拿着收音机的人，在水下静默地接受这些指令，而不能向基地发送信息。而且这个“广播电台”的工作效率并不高，每秒的传输速率只有区区300比特。它的“小伙伴11——短波的通信速率可以达到2.4千比特每秒，海事卫星的速率可达256千比特每秒，光纤的速率则高达数百兆比特每秒。所以为了提高通信效率，就要尽可能地缩短报文的长度，节省通信时间，海军往往需要采用缩写的军语，比如“OFFICER”(军官)这个单词，在发信时可以缩写为“OFFI”，而“HIGH COMMAND”(统帅部)则可以缩写为“HC—MD”等等。
二战中德国对潜艇战的重视世人皆知，为了指挥在大西洋游猎的“狼群”，他们投入了大量资金用于VLF发信台的建设。1939至1943年，纳粹海军主要使用设在柏林北部的“瑙恩”发信台的VLF设备进行对潜通信。它有2个工作频率，功率分别达到了200千瓦和300千瓦。1943年之后，德国启用了在萨克森州的新建VLF发信台，是当时世界上功率最大的无线电发信台，并用传说中的巨人“歌利亚”为其命名。“歌利亚”采用3具伞状天线，铝制的天线线缆总长为50千米，主天线塔高达204米，占地面积263平方千米，相当于320个足球场
它工作在15千赫至25千赫的频段上，功率达到了1800千瓦。即使只用800千瓦的功率发信，其信号也能在加勒比海被接收到。
战后，根据稚尔塔协议，“瑙恩”和“歌利亚”都被苏联部队接管，在拆除所有设备后，“歌利亚”的天线场成了关押战犯的监狱，“瑙恩”的控制室则被改建成马铃薯仓库。但是，“歌利亚”的发射设备于1952年又重新发出了信号，不过此时它已身在白俄罗斯，开始了其在红海军的服役历程。虽然外观粗犷，但这套系统深深融入了日耳曼工程师独有的精雕细琢，在60千赫工作时天线的辐射效率接近90％(即使在今天，这也是一个非常了不起的数字)。更令人震惊的是，历经70年的风雨，这套系统至今还在被俄海军使用1作为一种极为成功的设计，“歌利亚”是一个标杆，成为战后各国VLF发信台建设必须参考的典范。
ELF发信台——借地球做天线
VLF频段的电波可以穿透海水不假，但是深度只能达到20米左右，在部分盐度低的海域最多能达到40米。这个深度仍然不够安全，很容易被敌反潜力量探测到，在核战争中也不利于保存实力。如果海底地形允许，潜艇特别是核潜艇的下潜深度都在百米以上。而且在美苏争霸的年代里，核潜艇穿越北冰洋那是常有的事。要穿透那厚厚的冰盖还有几百米深的海水，VLF频段更加显得鞭长莫及。要解决这个问题，就要请比VLF频率还要低的ELF(极低频)出山了。
ELF频段的电波频率几乎只是VLF的千分之一，那么可想而知，波长就是VLF的1000倍，读者可以自己算一下这个恐怖的数字。建设一个这样庞大的天线场，对任何国家来讲都是一个挑战。但是，也只有ELF才能几乎不受任何环境和人为干扰的影响，轻松穿透几百米深的海水，与世界任何角落的潜艇建立通信。对于拥有众多战略核潜艇的超级大国来说，具有在极端条件下掌控毁灭性打击力量的实时指挥是最重要的。于是，在世界两端手提核密码箱的两个人做出了相同的选择。
但是，鉴于ELF频段数千千米起步的波长，制作一个四分之一波长的天线几乎是不可能的。解决这个问题的答案就在我们脚下——借地球做天线。
做法就是在相距数十千米的两个地方分别埋设两个巨大的电极，馈源设在这两个地点连线的中点。这样，馈源产生的电流必然会穿过地球在两个电极间流动，地球的一部分就充当了天线的作用。而且表层土壤的导电率越低，电流就会趋向于向地下深处流动，辐射效率就越高。这也是ELF与一般无线电的显著区别之一：其它所有波段的无线电都要求良好接地，就是希望土壤的导电率越高越好，就拿“歌利亚”发信台来说，不仅在地下埋设了大量镀锌钢接地体，甚至还要定期灌溉天线场的土壤以保持湿润；ELF需要的是极低的地面导电率，所以ELF发信台必须建设在表层覆盖数米厚干燥砂石的花岗岩之上，这样，电波可以深入地下数百米。
因为要让电流穿透几乎绝缘的岩石，所以ELF发信台的耗能极大(在数千千瓦的量级)，必须使用独立的发电设备。如果接入公众电网，发信时陡增的用电负荷甚至会使居民的电灯闪烁。即便如此，ELF设备的实际辐射功率仅有几瓦，也就是几部手机的辐射量。但就是这几瓦的功率，却足够使这一频段的电波具有几乎通达全球的通信能力。
美国于1958年到1963年间开始ELF通信试验，原始设计包含一个面积为7770平方千米的埋地天线阵。在和不计其数的农场主和土地所有者达成赔偿协议之后，终于在新泽西的萨诺夫实验室建立起了“乐观”ELF通信设施。 1963年，位于北卡和弗吉尼亚州之间的ELF通信试验场——“阿尔法试验场”——成功地与4000千米外深海中潜航的一艘潜艇建立通信。到70年代中后期，美国海军已经可以运用位于威斯康辛州的ELF发信台向大西洋、太平洋以及北冰洋下的测试潜艇发送指令。随后，美国海军裁撤了绝大部分ELF试验场，只保留了威斯康辛的发信台，并于80年代中期对其进行改造，在距其240千米的密歇根州克拉姆湖增装了第二套发信设施，构成了美海军唯一的岸基ELF发信台站。1989年10月，该发信台才正式进入24小时作战值班。美国海军每年要投入600万美元对其进行维护。
在上世纪90年代，美国斯坦福大学安置于世界多个地方的无线电测量系统都感觉到了一个82赫兹的强烈信号，甚至在南极都能够收到，经过进一步测向，这个神秘的信号来自俄罗斯。事实上，那是俄罗斯海军设在摩尔曼茨克的ELF发信台ZEVS发出的信号。它工作在82赫兹的频率上，其波长达到了3658.5千米，超过了地球半径的二分之一。ZEVS是除美国以外，唯一已经正式服役的ELF发信台。
潜艇天线的演变
在无线电诞生的初期，由于设备笨重，所以很难装入空间狭小的潜艇中。当时与潜艇联络的主要手段是水声通信，可以满足30千米范围内的通信需求。因为早期潜艇主要执行港口巡逻任务，所以基本能够满足所需。在1915年，美国海军中只有9艘潜艇安装了火花发射机和粉末检波器组成的无线电设备。它们所使用的天线和早期坦克采用的框架天线类似，比如图中的这艘H级潜艇，艇身上像“栏杆”的东西就是天线。
一战时期的潜艇已经具备了在水下接收VLF频段电波的能力。但是前文已经提到，VLF频段的波长很长，地面的发信台都要占据上百平方千米的土地，潜艇上不可能安装VLF发信设备。而接收VLF电波，理论上与发射用的天线长度是一样的。为了增加天线的有效长度，一种新型天线被发明出来。这种天线由两根导线从指挥台围壳分别斜拉至艇艏和艇艉，与艇体构成了一个巨大的天线环。使用这种天线，可以在数千千米外的浅海中接收VLF通播报文。
那么潜艇如果有报文要发送回基地怎么办呢?在当时还没有其它办法，只能上浮到海面或者潜望镜深度，升起天线用短波电台发报，发完报后立即下潜。在一战和二战时期，潜艇在水下航行是要依靠蓄电池供电的，每隔一段时问就必须浮上水面使用柴油机为电池充电，所以，上浮充电的时机也就是最好的发报时机。
在任何情况下，潜艇一旦上浮充电，被敌方发现的几率就会大大增加，而核潜艇的出现解决了这一问题。核潜艇在水下一呆就是几个月，如果依然使用上浮发报的方法和岸基联络，无疑会大大削弱核潜艇的隐蔽优势。而且，不管是V¨还是ELF，通信速率都极低，只能传送简短的报文，根本不能像超短波和微波一样可以实时传输音像、战场态势等大数据量的信息。但超短波和微波又无法穿透海水。能不能用一种方法让潜艇在水下收发更高频率的信号呢?这时，拖曳式天线就成了新的选择。
最早出现的拖曳天线是浮力天线，说白了就是在潜艇后面拖一根几百米长、自己能漂起来的长电缆。其研究始于二战时期的德国，战后美国得到相关技术资料，并开始了自己的浮力天线试验。起初是把天线和木板绑在一块，也有的采用渔网上的浮球。在对浮力天线的性能进行了一番研究之后，美国于1958年装备了第一种潜艇用浮力天线，当潜艇以5节以下的速度潜航时，可以使用它来接收无线电信号。受当时发泡工艺的限制，天线表面十分粗糙，2.54厘米的直径也过粗，因为当时天线的收放还依靠人力进行，所以过粗的线缆会使艇员劳动强度大大增加。1959年生产的浮力天线直径缩小到了1.65厘米，极大方便了天线的收放。1960年，美国海军SSN-578号潜艇使用浮力天线，首次在北极的冰帽下接收到无线电信号。
60年代，美国海军装备了一种新型的拖曳天线——浮标天线。在当时的柴电潜艇中装备最广泛的当属AN／BRA-27型浮标天线，潜艇在以8至10节的速度潜航时就可以使用它。AN／BRA-27不仅可在水下接收VLF信号，还能以15瓦的功率通过HF和UHF频段的4个预置信道与基地、舰队或飞机直接通话。这种浮标天线在1962年的古巴导弹危机时发挥了很大作用。
对潜通信经过多年的发展，形成了一套独特的联络模式。统帅部使用ELF和VLF发信台可以随时向远海中潜艇发送简短的指令，而潜艇使用拖曳天线通过HF和UHF频段实现高速数据收发。
随着技术发展，水声和激光对潜通信的研究也越来越成熟，也许在未来，与在深海游猎的“海狼”对话会更加简单下期文章中，将带您与各类战机亲密接触，继续盘点机载无线电之中的奥妙。
VLF发信台无线电中的“姚明”
与潜艇的通信，和对陆、对空乃至对水面舰艇的通信有着很大不同。因为在后面几种情况中，不管采用什么方式，电磁波都是在空中传播的；而潜艇在水下潜航，所以必须使电磁波穿透海水。要让习惯于“上九天”的电波服服帖帖地“下五洋”，听上去就不是一件容易的事，因为绝大多数的电波都“不习水性”，在水里跑不了多远就累得不行了，根本没法穿透海水，更不要说和大洋深处的潜艇通信联络。
但是，天无绝电波之路。1917年，法国率先开始了水下无线电通信的研究，发现低频率的电磁波在水中衰减得没有那么快。他们使用VLF频段的电磁波成功与16海里外一艘潜深10米的潜艇建立了通信。VLF的频率只有3-30千赫兹，换算过来，它的波长达到了10千米至100千米，所以VLF还有个别名，叫“超长波”。按照天线理论，天线的长度为工作波长的四分之一时效果最好，即便这样计算，VLF天线的长度也有2.5千米到25千米那么长。如此庞大的天线，占用的场地要以平方千米计算。因为远距通信的需要，它的辐射功率也大得惊人，达到了20千瓦到2兆瓦。
VLF发信台一般设在靠近海岸的陆地上。注意，我们一直在讨论的是“发信台”，因为限于恐怖的尺寸和功率，在潜艇上安装一套这样的发射设备是不可能的，所以潜艇上的VLF通信设备是只能收不能发的单工系统。通俗地说，岸基发射台就像广播电台一样，只负责发射电波，而潜艇就像一个拿着收音机的人，在水下静默地接受这些指令，而不能向基地发送信息。而且这个“广播电台”的工作效率并不高，每秒的传输速率只有区区300比特。它的“小伙伴11——短波的通信速率可以达到2.4千比特每秒，海事卫星的速率可达256千比特每秒，光纤的速率则高达数百兆比特每秒。所以为了提高通信效率，就要尽可能地缩短报文的长度，节省通信时间，海军往往需要采用缩写的军语，比如“OFFICER”(军官)这个单词，在发信时可以缩写为“OFFI”，而“HIGH COMMAND”(统帅部)则可以缩写为“HC—MD”等等。
二战中德国对潜艇战的重视世人皆知，为了指挥在大西洋游猎的“狼群”，他们投入了大量资金用于VLF发信台的建设。1939至1943年，纳粹海军主要使用设在柏林北部的“瑙恩”发信台的VLF设备进行对潜通信。它有2个工作频率，功率分别达到了200千瓦和300千瓦。1943年之后，德国启用了在萨克森州的新建VLF发信台，是当时世界上功率最大的无线电发信台，并用传说中的巨人“歌利亚”为其命名。“歌利亚”采用3具伞状天线，铝制的天线线缆总长为50千米，主天线塔高达204米，占地面积263平方千米，相当于320个足球场
它工作在15千赫至25千赫的频段上，功率达到了1800千瓦。即使只用800千瓦的功率发信，其信号也能在加勒比海被接收到。
战后，根据稚尔塔协议，“瑙恩”和“歌利亚”都被苏联部队接管，在拆除所有设备后，“歌利亚”的天线场成了关押战犯的监狱，“瑙恩”的控制室则被改建成马铃薯仓库。但是，“歌利亚”的发射设备于1952年又重新发出了信号，不过此时它已身在白俄罗斯，开始了其在红海军的服役历程。虽然外观粗犷，但这套系统深深融入了日耳曼工程师独有的精雕细琢，在60千赫工作时天线的辐射效率接近90％(即使在今天，这也是一个非常了不起的数字)。更令人震惊的是，历经70年的风雨，这套系统至今还在被俄海军使用1作为一种极为成功的设计，“歌利亚”是一个标杆，成为战后各国VLF发信台建设必须参考的典范。
ELF发信台——借地球做天线
VLF频段的电波可以穿透海水不假，但是深度只能达到20米左右，在部分盐度低的海域最多能达到40米。这个深度仍然不够安全，很容易被敌反潜力量探测到，在核战争中也不利于保存实力。如果海底地形允许，潜艇特别是核潜艇的下潜深度都在百米以上。而且在美苏争霸的年代里，核潜艇穿越北冰洋那是常有的事。要穿透那厚厚的冰盖还有几百米深的海水，VLF频段更加显得鞭长莫及。要解决这个问题，就要请比VLF频率还要低的ELF(极低频)出山了。
ELF频段的电波频率几乎只是VLF的千分之一，那么可想而知，波长就是VLF的1000倍，读者可以自己算一下这个恐怖的数字。建设一个这样庞大的天线场，对任何国家来讲都是一个挑战。但是，也只有ELF才能几乎不受任何环境和人为干扰的影响，轻松穿透几百米深的海水，与世界任何角落的潜艇建立通信。对于拥有众多战略核潜艇的超级大国来说，具有在极端条件下掌控毁灭性打击力量的实时指挥是最重要的。于是，在世界两端手提核密码箱的两个人做出了相同的选择。
但是，鉴于ELF频段数千千米起步的波长，制作一个四分之一波长的天线几乎是不可能的。解决这个问题的答案就在我们脚下——借地球做天线。
做法就是在相距数十千米的两个地方分别埋设两个巨大的电极，馈源设在这两个地点连线的中点。这样，馈源产生的电流必然会穿过地球在两个电极间流动，地球的一部分就充当了天线的作用。而且表层土壤的导电率越低，电流就会趋向于向地下深处流动，辐射效率就越高。这也是ELF与一般无线电的显著区别之一：其它所有波段的无线电都要求良好接地，就是希望土壤的导电率越高越好，就拿“歌利亚”发信台来说，不仅在地下埋设了大量镀锌钢接地体，甚至还要定期灌溉天线场的土壤以保持湿润；ELF需要的是极低的地面导电率，所以ELF发信台必须建设在表层覆盖数米厚干燥砂石的花岗岩之上，这样，电波可以深入地下数百米。
因为要让电流穿透几乎绝缘的岩石，所以ELF发信台的耗能极大(在数千千瓦的量级)，必须使用独立的发电设备。如果接入公众电网，发信时陡增的用电负荷甚至会使居民的电灯闪烁。即便如此，ELF设备的实际辐射功率仅有几瓦，也就是几部手机的辐射量。但就是这几瓦的功率，却足够使这一频段的电波具有几乎通达全球的通信能力。
美国于1958年到1963年间开始ELF通信试验，原始设计包含一个面积为7770平方千米的埋地天线阵。在和不计其数的农场主和土地所有者达成赔偿协议之后，终于在新泽西的萨诺夫实验室建立起了“乐观”ELF通信设施。 1963年，位于北卡和弗吉尼亚州之间的ELF通信试验场——“阿尔法试验场”——成功地与4000千米外深海中潜航的一艘潜艇建立通信。到70年代中后期，美国海军已经可以运用位于威斯康辛州的ELF发信台向大西洋、太平洋以及北冰洋下的测试潜艇发送指令。随后，美国海军裁撤了绝大部分ELF试验场，只保留了威斯康辛的发信台，并于80年代中期对其进行改造，在距其240千米的密歇根州克拉姆湖增装了第二套发信设施，构成了美海军唯一的岸基ELF发信台站。1989年10月，该发信台才正式进入24小时作战值班。美国海军每年要投入600万美元对其进行维护。
在上世纪90年代，美国斯坦福大学安置于世界多个地方的无线电测量系统都感觉到了一个82赫兹的强烈信号，甚至在南极都能够收到，经过进一步测向，这个神秘的信号来自俄罗斯。事实上，那是俄罗斯海军设在摩尔曼茨克的ELF发信台ZEVS发出的信号。它工作在82赫兹的频率上，其波长达到了3658.5千米，超过了地球半径的二分之一。ZEVS是除美国以外，唯一已经正式服役的ELF发信台。
潜艇天线的演变
在无线电诞生的初期，由于设备笨重，所以很难装入空间狭小的潜艇中。当时与潜艇联络的主要手段是水声通信，可以满足30千米范围内的通信需求。因为早期潜艇主要执行港口巡逻任务，所以基本能够满足所需。在1915年，美国海军中只有9艘潜艇安装了火花发射机和粉末检波器组成的无线电设备。它们所使用的天线和早期坦克采用的框架天线类似，比如图中的这艘H级潜艇，艇身上像“栏杆”的东西就是天线。
一战时期的潜艇已经具备了在水下接收VLF频段电波的能力。但是前文已经提到，VLF频段的波长很长，地面的发信台都要占据上百平方千米的土地，潜艇上不可能安装VLF发信设备。而接收VLF电波，理论上与发射用的天线长度是一样的。为了增加天线的有效长度，一种新型天线被发明出来。这种天线由两根导线从指挥台围壳分别斜拉至艇艏和艇艉，与艇体构成了一个巨大的天线环。使用这种天线，可以在数千千米外的浅海中接收VLF通播报文。
那么潜艇如果有报文要发送回基地怎么办呢?在当时还没有其它办法，只能上浮到海面或者潜望镜深度，升起天线用短波电台发报，发完报后立即下潜。在一战和二战时期，潜艇在水下航行是要依靠蓄电池供电的，每隔一段时问就必须浮上水面使用柴油机为电池充电，所以，上浮充电的时机也就是最好的发报时机。
在任何情况下，潜艇一旦上浮充电，被敌方发现的几率就会大大增加，而核潜艇的出现解决了这一问题。核潜艇在水下一呆就是几个月，如果依然使用上浮发报的方法和岸基联络，无疑会大大削弱核潜艇的隐蔽优势。而且，不管是V¨还是ELF，通信速率都极低，只能传送简短的报文，根本不能像超短波和微波一样可以实时传输音像、战场态势等大数据量的信息。但超短波和微波又无法穿透海水。能不能用一种方法让潜艇在水下收发更高频率的信号呢?这时，拖曳式天线就成了新的选择。
最早出现的拖曳天线是浮力天线，说白了就是在潜艇后面拖一根几百米长、自己能漂起来的长电缆。其研究始于二战时期的德国，战后美国得到相关技术资料，并开始了自己的浮力天线试验。起初是把天线和木板绑在一块，也有的采用渔网上的浮球。在对浮力天线的性能进行了一番研究之后，美国于1958年装备了第一种潜艇用浮力天线，当潜艇以5节以下的速度潜航时，可以使用它来接收无线电信号。受当时发泡工艺的限制，天线表面十分粗糙，2.54厘米的直径也过粗，因为当时天线的收放还依靠人力进行，所以过粗的线缆会使艇员劳动强度大大增加。1959年生产的浮力天线直径缩小到了1.65厘米，极大方便了天线的收放。1960年，美国海军SSN-578号潜艇使用浮力天线，首次在北极的冰帽下接收到无线电信号。
60年代，美国海军装备了一种新型的拖曳天线——浮标天线。在当时的柴电潜艇中装备最广泛的当属AN／BRA-27型浮标天线，潜艇在以8至10节的速度潜航时就可以使用它。AN／BRA-27不仅可在水下接收VLF信号，还能以15瓦的功率通过HF和UHF频段的4个预置信道与基地、舰队或飞机直接通话。这种浮标天线在1962年的古巴导弹危机时发挥了很大作用。
对潜通信经过多年的发展，形成了一套独特的联络模式。统帅部使用ELF和VLF发信台可以随时向远海中潜艇发送简短的指令，而潜艇使用拖曳天线通过HF和UHF频段实现高速数据收发。
随着技术发展，水声和激光对潜通信的研究也越来越成熟，也许在未来，与在深海游猎的“海狼”对话会更加简单下期文章中，将带您与各类战机亲密接触，继续盘点机载无线电之中的奥妙。