मैग्नेटोक्वासिस्टिक क्षेत्र

एक मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का एक वर्ग है जिसमें धीरे-धीरे दोलन करने वाला चुंबकीय क्षेत्र प्रमुख होता है। एक मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक क्षेत्र आमतौर पर एक चुंबकीय द्विध्रुवीय या एक वर्तमान लूप से 'कम-आवृत्ति' 'प्रेरण द्वारा उत्पन्न होता है। ऐसे उत्सर्जक का चुंबकीय निकट-क्षेत्र अधिक सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले दूर-क्षेत्र विद्युत चुम्बकीय विकिरण से अलग व्यवहार करता है। कम आवृत्तियों पर प्रत्येक चक्र के साथ तात्कालिक क्षेत्र शक्ति के परिवर्तन की दर अपेक्षाकृत धीमी होती है, जिससे मैग्नेटो-क्वासिस्टैटिक नाम उत्पन्न होता है। निकट क्षेत्र या अर्धस्थैतिक क्षेत्र आमतौर पर ऐन्टेना से तरंग दैर्ध्य से अधिक नहीं होता है, और इस क्षेत्र के भीतर विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र लगभग अलग हो जाते हैं।

मानव शरीर और कई खनिज चट्टानों सहित गैर-चुंबकीय निकायों का कमजोर रूप से संचालन करना, मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक क्षेत्रों के लिए प्रभावी रूप से पारदर्शी है, जो इस तरह की बाधाओं के माध्यम से संकेतों के संचरण और स्वागत की अनुमति देता है। साथ ही, लंबी-तरंगदैर्घ्य (अर्थात् निम्न-आवृत्ति) सिग्नल लघु-तरंग संकेतों की तुलना में गोल कोनों को प्रसारित करने में बेहतर सक्षम होते हैं। इसलिए संचार को लाइन-ऑफ़-विज़न होने की आवश्यकता नहीं है।

ऐसे संकेतों की संचार सीमा चयनित आवृत्ति पर हस्तक्षेप करने वाले माध्यम के तरंग दैर्ध्य और विद्युत चुम्बकीय गुणों दोनों पर निर्भर करती है, और आमतौर पर कुछ दसियों मीटर तक सीमित होती है।

भौतिक सिद्धांत

प्राथमिक अभिरुचि के नियम हैं एम्पीयर का परिपथीय नियम (विस्थापन धारा घनत्व की उपेक्षा के साथ) और चुंबकीय प्रवाह निरंतरता नियम। इन कानूनों ने उनके साथ इंटरफेस पर निरंतरता की स्थिति को जोड़ा है। चुम्बकीय सामग्री की अनुपस्थिति में, ये नियम चुंबकीय क्षेत्र की तीव्रता H को निर्धारित करते हैं, इसके स्रोत को देखते हुए, वर्तमान घनत्व J. H हर जगह अघूर्णी नहीं है। हालाँकि, यह हर जगह सोलनॉइडल है।

उपकरण डिजाइन

एक सामान्य एंटीना में क्लास ई थरथरानवाला सर्किट द्वारा संचालित 16.5 सेंटीमीटर व्यास वाली पॉलीओक्सिमेथिलीन ट्यूब के चारों ओर 50-टर्न कॉइल होता है। बैटरी द्वारा संचालित होने पर ऐसा उपकरण आसानी से पोर्टेबल होता है। इसी तरह, एक विशिष्ट रिसीवर में एक मीटर के व्यास के साथ एक सक्रिय प्राप्त लूप, एक अल्ट्रा-लो-नॉइज़ एम्पलीफायर और एक बंदपास छननी होता है। प्रचालन में थरथरानवाला एक दोलनशील चुंबकीय क्षेत्र बनाने के लिए संचारण पाश के माध्यम से विद्युत प्रवाहित करता है। यह क्षेत्र प्राप्त करने वाले लूप में एक वोल्टेज को प्रेरित करता है, जिसे तब प्रवर्धित किया जाता है।

क्‍योंकि वैस्‍थैतिक क्षेत्र को वैद्युतचुंबकीय स्रोत के एक तरंगदैर्घ्य के भीतर परिभाषित किया जाता है, उत्सर्जक लगभग 1 kHz और 1 MHz के बीच आवृत्ति रेंज तक सीमित होते हैं। दोलन आवृत्ति को कम करने से तरंग दैर्ध्य बढ़ जाता है और इसलिए अर्धस्थैतिक क्षेत्र की सीमा होती है, लेकिन प्राप्त छोरों में प्रेरित वोल्टेज कम हो जाता है जो सिग्नल-टू-शोर अनुपात को खराब करता है। कार्नेगी इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी द्वारा किए गए प्रयोगों में, अधिकतम सीमा 50 मीटर बताई गई थी।

अनुप्रयोग

गुंजयमान आगमनात्मक युग्मन

Main article: Resonant inductive coupling

गुंजयमान युग्मन में, स्रोत और रिसीवर को समान आवृत्ति पर प्रतिध्वनित करने के लिए ट्यून किया जाता है और समान प्रतिबाधा दी जाती है। यह शक्ति के साथ-साथ सूचना को स्रोत से रिसीवर तक प्रवाहित करने की अनुमति देता है। मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक क्षेत्र के माध्यम से इस तरह के युग्मन को गुंजयमान आगमनात्मक युग्मन कहा जाता है और इसका उपयोग वायरलेस ऊर्जा हस्तांतरण के लिए किया जा सकता है।

अनुप्रयोगों में प्रेरण खाना पकाने , बैटरियों का प्रेरण चार्जर और कुछ प्रकार के RFID टैग शामिल हैं।

संचार

पारंपरिक विद्युत चुम्बकीय संचार संकेत जमीन से नहीं गुजर सकते। अधिकांश खनिज चट्टान न तो विद्युत रूप से संचालित होते हैं और न ही चुंबकीय होते हैं, जिससे चुंबकीय क्षेत्र प्रवेश कर सकते हैं। भू-से-भूमिगत और भूमिगत पार्टियों के बीच भूमिगत वायरलेस संचार के लिए मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक सिस्टम का सफलतापूर्वक उपयोग किया गया है।

बहुत कम आवृत्तियों पर, लगभग 1 kHz से नीचे, लंबी दूरी की संचार के लिए तरंगदैर्घ्य काफी लंबा होता है, हालांकि धीमी डेटा दर पर। पनडुब्बियों में ऐसी प्रणालियाँ स्थापित की गई हैं, जिनमें स्थानीय एंटीना के साथ कई किलोमीटर तक की लंबाई तक एक तार होता है और सतह पर या उसके पास होने पर जहाज के पीछे पीछे चला जाता है।

स्थिति और अभिविन्यास ट्रैकिंग

नेविगेशन, सुरक्षा और संपत्ति ट्रैकिंग जैसे अनुप्रयोगों में वायरलेस स्थिति ट्रैकिंग का तेजी से उपयोग किया जा रहा है। पारंपरिक पोजीशन ट्रैकिंग डिवाइस ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम (GPS), अल्ट्रा वाइड बैंड (UWB) सिस्टम और रेडियो फ्रिक्वेंसी पहचान सिस्टम (RFID) सहित हाई फ्रीक्वेंसी या माइक्रोवेव का उपयोग करते हैं, लेकिन इन सिस्टम को उनके रास्ते में आने वाली बाधाओं से आसानी से ब्लॉक किया जा सकता है। मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक पोजिशनिंग इस तथ्य का लाभ उठाती है कि मनुष्य और भौतिक संरचनाओं की उपस्थिति में फ़ील्ड काफी हद तक अबाधित हैं, और 50 मीटर तक की दूरी के लिए स्थिति और अभिविन्यास ट्रैकिंग दोनों के लिए उपयोग किया जा सकता है।

एक द्विध्रुव/उत्सर्जक के अभिविन्यास और स्थिति को सटीक रूप से निर्धारित करने के लिए, न केवल उत्सर्जक द्वारा उत्पन्न क्षेत्र पैटर्न के लिए, बल्कि वे पृथ्वी में उत्पन्न होने वाली एड़ी-धाराओं के लिए भी अनुमति दी जानी चाहिए, जो रिसीवर द्वारा पहचाने जाने योग्य द्वितीयक क्षेत्र बनाते हैं। पृथ्वी से इस क्षेत्र पीढ़ी को सही करने के लिए जटिल छवि सिद्धांत का उपयोग करके, और आवश्यक सिग्नल-टू-शोर अनुपात (एसएनआर) प्राप्त करने के लिए कुछ सौ किलोहर्ट्ज़ के आदेश पर आवृत्तियों का उपयोग करके, द्विध्रुव की स्थिति का विश्लेषण करना संभव है अज़ीमुथल अभिविन्यास, $\theta$, और झुकाव उन्मुखीकरण, $\phi$.

एक डिज्नी अनुसंधान दल ने इस तकनीक का उपयोग अमेरिकी फुटबॉल की स्थिति और अभिविन्यास को प्रभावी ढंग से निर्धारित करने के लिए किया है, जो कि मानव शरीर की बाधा के कारण पारंपरिक तरंग प्रसार तकनीकों के माध्यम से पता लगाने योग्य नहीं है। उन्होंने मैग्नेटोक्वासिस्टैटिक क्षेत्र उत्पन्न करने के लिए, गेंद के केंद्र के व्यास के चारों ओर एक ऑसिलेटर-संचालित कॉइल डाला। सिग्नल कई खिलाड़ियों के माध्यम से अबाधित गुजरने में सक्षम था।

संदर्भ

ग्रन्थसूची

• Markus Zahn. "Chapter 8: Magnetoquasistatic fields: superposition integral and boundary value points of view" MIT OpenCourseWare, 10 October 2008.
• Darmindra D. Arumugam "Wireless orientation sensing using magnetoquasistatic fields and complex image theory" 2012.