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2026-04-08T19:19:17Z

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'''''{{lang|en|Extremely Low Frequency}}''''' (kurz '''ELF''', {{enS}} für ''extrem'' niedrige ''Frequenz'') ist laut [[Internationale Fernmeldeunion|ITU]] der Teil des [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrums]], der [[elektromagnetische Welle]]n mit [[Frequenz]]en von 3–30 [[Hertz (Einheit)|Hz]] und dementsprechend [[Wellenlänge]]n von 10.000 bis 100.000 km umfasst.

Die ITU definiert zusätzlich noch folgende Frequenzbereiche:
* ''Super Low Frequency (SLF)'': 30–300 Hz (Wellenlänge 1000–10.000 km)
* ''Ultra Low Frequency (ULF)'': 300–3000 Hz (Wellenlänge 100–1000 km)
* ''Very Low Frequency (VLF)'' oder ''[[Längstwelle]]n'': 3 kHz–30 kHz (Wellenlänge 10–100 km).
Ungeachtet der ITU-Einteilung wird auch zum Teil der gesamte [[Funkwellen]]-Bereich von 3 Hz bis 3 kHz als ELF bezeichnet.<ref>https://web.archive.org/web/20100527095828/http://lws-trt.gsfc.nasa.gov/trt_liemohn05eos.pdf Michael W. Liemohn, Ann Arbor, Anthony A. Chan: ''Unraveling the Causes of Radiation Belt Enhancements'', Eos, Jahrgang 88, No. 42, 16. Oktober 2007, Seite 426</ref>

Der gesamte Bereich zwischen 3 Hz und 30 kHz wird u. a. auch in der Literatur der [[Ionosphäre|ionosphärischen]] [[Radiowelle]]n-Ausbreitung als ''{{lang|en|Low Frequency}}'' bzw. [[Niederfrequenz]] bezeichnet.<ref>K. Davies: ''Ionospheric Radio''. Peregrinus Ltd, London 1990. (englisch)</ref><ref>K. Rawer: ''Wave Propagation in the Ionosphere''. Kluwer Publ., Dordrecht 1993. (englisch)</ref>

Dieser Artikel beschäftigt sich mit den Bereichen ELF und SLF, d. h. mit 3 bis 300 Hz.

== Wellenlänge ==
Je geringer die Frequenz <math>f</math> einer elektromagnetischen Welle, umso größer die zugehörige [[Wellenlänge]] <math>\lambda</math>, die sich aus Frequenz und der (näherungsweise konstant angenommenen) [[Ausbreitungsgeschwindigkeit]] <math>c</math> ([[Lichtgeschwindigkeit]]) errechnet:

:<math>\lambda = \frac{c}{f}</math>

Während die Wellenlängen im Bereich der Funkfrequenzen von etwa einem Millimeter ([[Radar]]) bis einigen hundert Metern ([[Mittelwelle]]) reichen, liegen sie bei ELF-Wellen im Bereich von mehreren tausend Kilometern Länge.

Ein [[Viertelwellenstrahler]] oder eine abgestimmte [[Dipolantenne]] hätte bei ELF-Wellen einige Hundert Kilometer Länge. Solche Sendeantennen könnten nur äußerst schwer realisiert werden. Deshalb wird in diesem Frequenzbereich mit einem [[Bodendipol]] gesendet.
== Natürliche Quellen ==
Neben technisch erzeugten Signalen existieren auch natürlich vorkommende ELF-Wellen. Auf der Erde entstehen charakteristische Frequenzen von etwa 7 bis 8 Hz als sogenannte [[Schumann-Resonanz]]en, die durch globale atmosphärische Störungen wie Blitzentladungen ([[Sferics]]) angeregt werden.

Messungen der Huygens-Sonde auf dem Saturnmond [[Titan (Mond)|Titan]] im Jahr 2005 deuten darauf hin, dass vergleichbare natürliche ELF-Phänomene auch außerhalb der Erde existieren. Mit dem Permittivitäts-, Wellen- und Altimetrie-Analysator (PWA) wurde während des Abstiegs eine ausgeprägte extrem niederfrequente [[Eigenmode]] bei etwa 36 Hz registriert. Die Auswertung der Daten spricht gegen instrumentelle Artefakte oder atmosphärische Blitze als Ursache und legt eine Schumann-ähnliche Resonanz in der Titan-[[Ionosphäre]] nahe.<ref name=":0" />

Im Unterschied zur Erde wird diese Resonanz auf Titan vermutlich nicht durch Blitzaktivität, sondern durch die Wechselwirkung der Ionosphäre mit dem mitrotierenden [[Plasma (Physik)|Plasma]] der Saturn-[[Magnetosphäre]] angeregt. Aufgrund der geringen elektrischen Leitfähigkeit der Titan-Oberfläche können ELF-Wellen zudem in den Untergrund eindringen und möglicherweise an Grenzschichten zu einem vermuteten unterirdischen Ozean reflektiert werden.<ref name=":1" />

== Anwendung ==
ELF-Wellen werden im Besonderen für die [[U-Boot #Kommunikation|U-Boot-Kommunikation]] eingesetzt, da diese [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Wellen]] aufgrund ihrer niedrigen [[Frequenz]] eine sehr große [[Bodenwelle]]n-[[Reichweite (Funktechnik)|Reichweite]] besitzen und im schlecht leitenden Meerwasser auch nach größerer [[Skin-Effekt #Berechnung|Eindringtiefe]] noch nachweisbar sind.<ref name=":0">{{Literatur |Autor=C. Béghin, F. Simões, V. Krasnoselskikh, K. Schwingenschuh, J. J. Berthelier, B. P. Besser, C. Bettanini, R. Grard, M. Hamelin, J. J. López-Moreno, G. J. Molina-Cuberos, T. Tokano |Titel=A Schumann-like resonance on Titan driven by Saturn's magnetosphere possibly revealed by the Huygens Probe |Sammelwerk=Icarus |Band=191 |Nummer=1 |Datum=2007-11-01 |ISSN=0019-1035 |DOI=10.1016/j.icarus.2007.04.005 |Seiten=251–266}}</ref>

Allerdings sind mit derart niedrigen Frequenzen nur sehr geringe [[Datenübertragungsrate]]n möglich. Diese soll in den 1970er Jahren beim ''Seafarer''-System der [[United States Navy|US-Navy]] bei rund 10 [[Bit]] je Minute gelegen haben, was jedoch ausreicht, um zahlreiche in Form sehr kurzer Zeichengruppen [[kodiert]]e Befehle zu übermitteln.

Nachweislich existieren bzw. existierten derzeit nur drei ELF-Sender:
* für das im Jahr 2004 stillgelegte amerikanische System [[Sanguine]] mit der [[Sendefrequenz]] 76 Hz die [[Sendeanlage]]n
** am [[Clam Lake (Wisconsin)|Clam Lake]], [[Wisconsin]]<ref name=":1">{{Internetquelle |url=https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Cassini-Huygens/Titan_s_mysterious_radio_wave |titel=Titan’s mysterious radio wave |sprache=en |abruf=2026-02-04}}</ref>
** am [[Escanaba River State Forest]], [[Michigan]]
* der Sender des russischen Systems [[ZEVS]] (Sendefrequenz 82 Hz) in der Nähe von [[Murmansk]].

Da Frequenzen unter 9 kHz wie der ELF-Bereich nicht unter die Richtlinien der ITU fallen, darf man in zahlreichen Ländern (allerdings nicht in Deutschland) im ELF-Bereich einen Sender ohne [[Lizenz]] betreiben, sofern er keine [[Oberwelle]]n mit Frequenzen über 10 kHz erzeugt. Allerdings dürfte ein solcher Sender mit den für Amateure in der Praxis realisierbaren Antennen nur eine Reichweite von höchstens einigen Kilometern haben.

{{Panorama|ELF 50Hz.jpg|800|Typisches ELF-Spektrum.}}

== Empfangsantennen ==
[[Datei:VLF-Antenne1.jpg|mini|hochkant=1.1|[[Luftspule]] als Empfangsantenne für [[Very-Low-Frequency-Verfahren|VLF]]]]
Für den Empfang sehr tiefer Frequenzen verwendet man vorzugsweise [[magnetische Antenne|magnetische (induktive) Antennen]], da diese relativ unempfindlich gegenüber [[Elektromagnetische Störung|Funkstörung]]en sind. Außerdem kann der Abstand zum Erdboden gering sein, weil dieser unmagnetisch ist.

Wie im Bild gezeigt, können das für höhere Frequenzen oberhalb 1000 Hz Luftspulen mit hunderten Windungen sein. Für sehr tiefe Frequenzen unter 100 Hz versieht man die Spulen mit einem Weich[[eisenkern]], um die Empfangsspannung zu erhöhen (siehe [[Ferritstabantenne]]). Magnetische Antennen besitzen eine [[Funkpeilung|Richtwirkung]].

Will man nur eine Frequenz empfangen, so kann die [[Empfindlichkeit (Technik)|Empfindlichkeit]] durch [[Parallelschaltung]] eines [[Kondensator (Elektrotechnik)|Kondensators]] geeigneter Größe erheblich gesteigert werden. Die Bandbreite des so gebildeten [[Schwingkreis]]es kann sehr gering sein (wenige Prozent der [[Mittenfrequenz]]).

Drahtantennen, die vorzugsweise auf [[elektrisches Feld|elektrische Felder]] reagieren, sind aus verschiedenen Gründen schlecht geeignet, können aber durch [[Resonanztransformator]]en wirkungsvoll an die Empfangselektronik [[Anpassung (Elektrotechnik)|angepasst]] werden:
Sie sind meist erheblich kürzer als das Optimum 1/4 der [[Wellenlänge]] und dementsprechend [[hochohmig]]. Daher werden [[Vorverstärker]] hoher [[Eingangsimpedanz]] benötigt.<ref>Meinke und [[Friedrich-Wilhelm Gundlach]]: ''Taschenbuch der Hochfrequenztechnik.'' Springer, 1992, ISBN 3-540-54715-0, S. N37.</ref>
Waagerechte [[Dipolantenne]]n mit einer Höhe über dem (leitfähigen) Erdboden, die notwendigerweise im Vergleich zur Wellenlänge gering ist, besitzen eine hohe [[Dämpfung]].

== Empfänger ==
Zum Empfang von ''Extremely Low Frequency'' kann neben analog arbeitenden [[Empfangsgerät|Empfängern]] auch ein [[Personal Computer]] oder ein [[Mikrocontroller]] mit integrierter [[Soundkarte]] bzw. [[Analog-Digital-Umsetzer]] eingesetzt werden. Die Signale werden mit einer [[Spule (Elektrotechnik)|Spule]] empfangen. Eine [[Software]] kann z. B. eine [[Schnelle Fourier-Transformation|FFT]]-Analyse ausführen und ein [[Spektrogramm]] darstellen.

== Störquellen ==
Die [[Störquelle]]ndichte nimmt zu niedrigen Frequenzen hin deutlich zu. Zum einen bedeutet die große Reichweite, dass auch weit entfernt liegende Störquellen den Empfang beeinträchtigen können. Zum anderen liegen diese Frequenzen in der Nähe von Gleichfeldern, deren Schwankungen [[Seitenband|Seitenbänder]] im ELF-Bereich erzeugen.
* [[Stromnetz|Stromversorgung]] 16…17 Hz ([[Bahnstrom]]), 50 Hz, 60 Hz
* [[Schumann-Resonanz]] 7…8 Hz
* Schwankungen des [[Erdmagnetfeld]]es
* [[Sonnenwind]]e
* [[Atmosphärische Störungen]].

== Wechselwirkungen mit dem menschlichen Organismus ==
Das Frequenzspektrum menschlicher [[Gehirnstrom|Gehirnströme]], sichtbar gemacht im [[Elektroenzephalografie|EEG]], liegt ebenfalls im Bereich von 0 bis 50 Hz. Prinzipiell sind [[Interaktion|Wechselwirkungen]] zwischen starken [[elektromagnetisch]]en Feldern und EEG-Mustern bei einigen an der [[Justus-Liebig-Universität Gießen]] durchgeführten Experimenten nachgewiesen worden. Dabei trat [[Dämpfung]]<ref>{{Literatur |Autor=Anne Schienle, Rudolf Stark, Rainer Kulzer, René Klöpper, Dieter Vaitl |Titel=Atmospheric electromagnetism: Individual differences in brain electrical response to simulated sferics |Sammelwerk=International Journal of Psychophysiology |Band=21 |Nummer=2–3 |Datum=1996 |Seiten=177–188 |DOI=10.1016/0167-8760(95)00052-6}}</ref> oder Aktivitätssteigerung<ref>{{Literatur |Autor=Anne Schienle, Rudolf Stark, Bertram Walter, Dieter Vaitl, Rainer Kulzer |Titel=Effects of Low-Frequency Magnetic Fields on Electrocortical Activity in Humans: A Sferics Simulation Study |Sammelwerk=The International Journal of Neuroscience |Band=90 |Nummer=1–2 |Datum=1997 |Seiten=21–36 |DOI=10.3109/00207459709000623}}</ref><ref name="Schienle211-24">{{Literatur |Autor=A Schienle, R Stark, D Vaitl |Titel=Electrocortical responses of headache patients to the simulation of 10 kHz sferics |Sammelwerk=The International Journal of Neuroscience |Band=97 |Nummer=3–4 |Datum=1999 |Seiten=211–224}}</ref> auf oder es war kein Effekt auf das EEG feststellbar. Die EEG-Veränderungen waren bei diesen Experimenten stets symptomlos.<ref name="Schienle211-24" /><ref>{{Literatur |Autor=A Schienle, R Stark, D Vaitl |Titel=Sferics provoke changes in EEG power |Sammelwerk=The International Journal of Neuroscience |Band=107 |Nummer=1–2 |Datum=2001 |Seiten=87–102}}</ref>

{| class="wikitable"
|+ Vergleich Frequenzband ELF zur Frequenz des menschlichen Gehirns in Relation zum [[Bewusstseinszustand]] 
(gemessen mit EEG)
|-
!style="line-height:120%"| EEG- Frequenzband
! Delta
! Theta
! Alpha
! Beta
! Gamma
|-
| typische Hirnaktivität
| [[Tiefschlaf]] und [[Koma]]
| [[Traumschlaf]], [[Hypnose]] und [[Trance]]
| entspannter [[Wachzustand]] und [[Meditation]]
| normaler Wachzustand
| motorische und kognitive Prozesse
|- style="text-align:center"
| Frequenzbereich
| 0,4 … 3,5 Hz
| 4 … 7 Hz
| 8 … 13 Hz
| 12 … 30 Hz
| 25 … 100 Hz
|-
|style="line-height:120%"| Bereich elektro- magnetischer Wellen
|style="text-align:center"| ''Sub-ELF''
|style="text-align:center" colspan="3"| ''ELF''
|style="text-align:center"| ''SLF''
|}

== Siehe auch ==
* [[BEXUS #BEXUS 30]]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste Radiowellen}}

[[Kategorie:Wellen]]
[[Kategorie:Funkfrequenz]]
[[Kategorie:Extremely Low Frequency| ]]

Extremely Low Frequency - Versionsgeschichte

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