एकल-तार संचरण लाइन
एकल-तार ट्रांसमिशन लाइन (या एकल तार विधि) केवल एकल विद्युत कंडक्टर का उपयोग करके विद्युत शक्ति या सिग्नल संचारित करने की एक विधि है। यह एक पूर्ण सर्किट प्रदान करने वाले तारों की एक जोड़ी, या उस उद्देश्य के लिए (कम से कम) दो कंडक्टर युक्त विद्युत केबल के सामान्य उपयोग के विपरीत है।
सिंगल-वायर ट्रांसमिशन लाइन सिंगल-वायर अर्थ रिटर्न सिस्टम के समान नहीं है, जो इस लेख में शामिल नहीं है। बाद वाली प्रणाली ग्राउंड टर्मिनल बिजली की तार बीच दूसरे कंडक्टर के रूप में पृथ्वी का उपयोग करते हुए, ग्राउंड (बिजली) के माध्यम से रिटर्न करंट पर निर्भर करती है। एकल-तार ट्रांसमिशन लाइन में किसी भी रूप का कोई दूसरा कंडक्टर नहीं होता है।
इतिहास
1780 के दशक की शुरुआत में लुइगी गैलवानी ने पहली बार मेंढक के पैरों को हिलाने में स्थैतिक बिजली के प्रभाव को देखा, और मेंढक के साथ एक पूर्ण सर्किट से जुड़े कुछ धातु संपर्कों के कारण उत्पन्न होने वाले समान प्रभाव को देखा। बाद के प्रभाव को अलेक्जेंडर वोल्टा ने सही ढंग से एक विद्युत प्रवाह के रूप में समझा था जो अनजाने में वोल्टाइक सेल (बैटरी) के रूप में जाना जाता है। उन्होंने समझा कि इस तरह के करंट को बिजली के संचालन के लिए एक पूर्ण सर्किट की आवश्यकता होती है, भले ही विद्युत धाराओं की वास्तविक प्रकृति बिल्कुल भी समझ में नहीं आती थी (केवल एक सदी बाद इलेक्ट्रॉन की खोज की गई थी)। विद्युत मोटरों, लाइटों आदि के बाद के सभी विकास एक पूर्ण सर्किट के सिद्धांत पर निर्भर थे, जिसमें आम तौर पर तारों की एक जोड़ी शामिल होती थी, लेकिन कभी-कभी दूसरे कंडक्टर के रूप में जमीन का उपयोग किया जाता था (जैसा कि वाणिज्यिक टेलीग्राफी के साथ होता है)।
19वीं शताब्दी के अंत में, निकोला टेस्ला ने प्रदर्शित किया कि अनुनाद से जुड़े विद्युत नेटवर्क का उपयोग करके केवल एक कंडक्टर का उपयोग करके विद्युत शक्ति संचारित करना संभव है, जिसमें रिटर्न तार की आवश्यकता नहीं होती है। इसे एक तार के माध्यम से बिना वापसी के विद्युत ऊर्जा के संचरण के रूप में कहा गया था।[1][2] 1891, 1892 और 1893 में कोलंबिया कॉलेज, एन.वाई.सी., आईईई, लंदन, फ्रैंकलिन इंस्टीट्यूट, फिलाडेल्फिया और नेशनल इलेक्ट्रिक लाइट एसोसिएशन, सेंट लुइस में एआईईई से पहले इलेक्ट्रिकल ऑसिलेटर के साथ प्रदर्शन व्याख्यान में यह दिखाया गया था कि इलेक्ट्रिक मोटर और सिंगल -टर्मिनल गरमागरम लैंप को रिटर्न तार के बिना एकल कंडक्टर के माध्यम से संचालित किया जा सकता है। हालाँकि स्पष्ट रूप से पूर्ण सर्किट की कमी है, ऐसी टोपोलॉजी लोड की स्व-समाई और परजीवी समाई के आधार पर प्रभावी ढंग से रिटर्न सर्किट प्राप्त करती है।[3][4]
Thus coils of the proper dimensions might be connected each with only one of its ends to the mains from a machine of low E. M. F., and though the circuit of the machine would not be closed in the ordinary acceptance of the term, yet the machine might be burned out if a proper resonance effect would be obtained.[5]
किसी मशीन को जलाने का अंतिम संदर्भ उचित प्रतिबाधा मिलान होने पर बड़ी शक्ति संचारित करने की ऐसी प्रणाली की क्षमता पर जोर देना था, जैसा कि विद्युत अनुनाद सर्किट #अनुनाद प्रभाव के माध्यम से प्राप्त किया जा सकता है।
सिद्धांत
इस अवलोकन को कई बार फिर से खोजा गया है, और उदाहरण के लिए, 1993 के पेटेंट में इसका वर्णन किया गया है।[6] इस अर्थ में एकल-तार संचरण प्रत्यक्ष धारा का उपयोग करके संभव नहीं है और मानक 50-60 हर्ट्ज बिजली लाइन आवृत्तियों जैसी कम आवृत्ति वाली प्रत्यावर्ती धाराओं के लिए पूरी तरह से अव्यावहारिक है। हालाँकि, बहुत अधिक आवृत्तियों पर, रिटर्न सर्किट (जो आम तौर पर एक दूसरे तार के माध्यम से जुड़ा होता है) के लिए एक बड़े प्रवाहकीय वस्तु के स्वयं और परजीवी कैपेसिटेंस का उपयोग करना संभव है, शायद विद्युत भार का आवास। यद्यपि सामान्य शब्दों में बड़ी वस्तुओं की भी स्व-समाई छोटी होती है, जैसा कि टेस्ला ने स्वयं सराहना की थी कि अनुनाद सर्किट#अनुनाद प्रभाव के लिए यह संभव है कि पर्याप्त रूप से बड़े प्रारंभ करनेवाला (प्रयुक्त आवृत्ति के आधार पर) का उपयोग करके समाई, जिस स्थिति में बड़ी विद्युत उस धारिता की प्रतिक्रिया रद्द कर दी जाती है। यह अत्यधिक उच्च वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता के बिना एक बड़े प्रवाह को प्रवाहित करने (और लोड को एक बड़ी शक्ति की आपूर्ति करने) की अनुमति देता है। हालाँकि विद्युत पारेषण की इस पद्धति को लंबे समय से समझा जाता रहा है, लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि विद्युत पारेषण के लिए इस सिद्धांत का कोई व्यावसायिक अनुप्रयोग हुआ है या नहीं।
एकल कंडक्टर वेवगाइड
1899 की शुरुआत में, अर्नोल्ड सोमरफेल्ड ने एक पेपर प्रकाशित किया[7] आकाशवाणी आवृति ऊर्जा को सतह तरंग के रूप में प्रसारित करने के लिए एकल बेलनाकार कंडक्टर (तार) के उपयोग की भविष्यवाणी करना। सोमरफेल्ड की तार तरंग एक प्रसार मोड के रूप में सैद्धांतिक रुचि की थी, लेकिन ऐसे किसी भी प्रयोग के लिए पर्याप्त उच्च रेडियो आवृत्तियों की पीढ़ी के लिए प्रौद्योगिकी अस्तित्व में आने से दशकों पहले, व्यावहारिक अनुप्रयोगों की तो बात ही छोड़ दें। इसके अलावा, समाधान में युग्मन ऊर्जा को इसमें (या बाहर) पर विचार किए बिना एक अनंत ट्रांसमिशन लाइन का वर्णन किया गया है।
हालाँकि, विशेष व्यावहारिक रुचि, एक समाक्षीय केबल के केंद्र कंडक्टर के रूप में एक ही तार का उपयोग करने की तुलना में काफी कम सिग्नल क्षीणन की भविष्यवाणी थी। एक तार के माध्यम से शास्त्रीय धारा के कारण होने वाली पूर्ण संचारित शक्ति की पिछली व्याख्या के विपरीत, इस मामले में कंडक्टर में धाराएं बहुत छोटी होती हैं, ऊर्जा विद्युत चुम्बकीय तरंग (रेडियो तरंग) के रूप में प्रसारित होती है। लेकिन इस मामले में, तार की उपस्थिति उस तरंग को दूर प्रसारित करने के बजाय भार की ओर निर्देशित करने का कार्य करती है।
कोएक्स (या अन्य दो-तार ट्रांसमिशन लाइनों) का उपयोग करने की तुलना में तांबे के नुकसान में कमी विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर एक फायदा है जहां ये नुकसान बहुत बड़े हो जाते हैं। व्यावहारिक रूप से, तार के चारों ओर बहुत विस्तारित क्षेत्र पैटर्न के कारण माइक्रोवेव आवृत्तियों के नीचे इस ट्रांसमिशन मोड का उपयोग बहुत समस्याग्रस्त है। कंडक्टर के साथ सतह तरंग से जुड़े क्षेत्र कई कंडक्टर व्यास के लिए महत्वपूर्ण हैं, इसलिए इन क्षेत्रों में अनजाने में मौजूद धातु या यहां तक कि ढांकता हुआ सामग्री मोड के प्रसार को विकृत कर देगी और आम तौर पर प्रसार हानि में वृद्धि होगी। यद्यपि अनुप्रस्थ दिशा में इस आयाम पर कोई तरंग दैर्ध्य निर्भरता नहीं है, प्रसार की दिशा में प्रसार मोड को पूरी तरह से समर्थन देने के लिए कंडक्टर की लंबाई की न्यूनतम एक आधी तरंग होना आवश्यक है। इन कारणों से, और लगभग 1950 से पहले उपलब्ध आवृत्तियों पर, ऐसे संचरण के व्यावहारिक नुकसान तार की सीमित चालकता के कारण कम नुकसान से पूरी तरह से अधिक थे।
गौबाउ लाइन
1950 में जॉर्ज गौबाउ ने तार के साथ सतह तरंग मोड की सोमरफेल्ड की खोज पर दोबारा गौर किया, लेकिन इसकी व्यावहारिकता बढ़ाने के इरादे से।[8] एक प्रमुख लक्ष्य कंडक्टर के आसपास के क्षेत्रों की सीमा को कम करना था ताकि ऐसे तार को अनुचित रूप से बड़ी निकासी की आवश्यकता न हो। एक और समस्या यह थी कि सोमरफेल्ड की लहर बिल्कुल प्रकाश की गति (या हवा से घिरे तार के लिए हवा में प्रकाश की थोड़ी कम गति) पर फैलती थी। इसका मतलब यह था कि विकिरण हानि को कम करने के लिए प्रत्यावर्ती धारा#तकनीकें होंगी। सीधा तार रैंडम वायर एंटीना#रैंडम वायर और लॉन्ग वायर के रूप में कार्य करता है, जो निर्देशित मोड से विकिरणित शक्ति को लूटता है। यदि प्रसार वेग को प्रकाश की गति से कम किया जा सकता है तो आसपास के क्षेत्र अप्रचलित क्षेत्र बन जाते हैं, और इस प्रकार तार के आसपास के क्षेत्र से दूर ऊर्जा का प्रसार करने में असमर्थ होते हैं।
गौबाउ ने एक तार के लाभकारी प्रभाव की जांच की जिसकी सतह संरचित है (एक सटीक सिलेंडर के बजाय) जैसे कि एक थ्रेडेड तार का उपयोग करके प्राप्त किया जाएगा। अधिक महत्वपूर्ण रूप से, गौबाउ ने तार के चारों ओर एक ढांकता हुआ परत के अनुप्रयोग का प्रस्ताव रखा। यहां तक कि ढांकता हुआ की एक पतली परत (तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष) प्रकाश की गति के नीचे प्रसार वेग को पर्याप्त रूप से कम कर देगी, जिससे एक लंबे सीधे तार की सतह के साथ सतह तरंग से विकिरण हानि समाप्त हो जाएगी। इस संशोधन से अन्य व्यावहारिक चिंताओं को संबोधित करते हुए, तार के आसपास के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के पदचिह्न को काफी कम करने का भी प्रभाव पड़ा।[9] अंततः, गौबाउ ने ऐसी ट्रांसमिशन लाइन से विद्युत ऊर्जा लॉन्च करने (और प्राप्त करने) के लिए एक विधि का आविष्कार किया। पेटेंट कराया हुआ[10] गौबाउ लाइन (या जी-लाइन) में ढांकता हुआ सामग्री से लेपित एक एकल कंडक्टर होता है। प्रत्येक सिरे पर केंद्र में एक छेद वाली एक चौड़ी डिस्क होती है जिसके माध्यम से ट्रांसमिशन लाइन गुजरती है। डिस्क एक शंकु का आधार हो सकती है, जिसका संकीर्ण सिरा आमतौर पर कोएक्स की ढाल से जुड़ा होता है, और ट्रांसमिशन लाइन स्वयं कोएक्स के केंद्र कंडक्टर से जुड़ती है।
गौबाउ के डिज़ाइन में आसपास के क्षेत्रों की कम सीमा के साथ भी, ऐसा उपकरण केवल अल्ट्रा उच्च आवृत्ति आवृत्तियों और उससे ऊपर पर ही व्यावहारिक हो जाता है। टेराहर्ट्ज़ विकिरण आवृत्तियों पर तकनीकी विकास के साथ, जहां धात्विक हानि अभी भी अधिक है, सतह तरंगों और गौबाउ लाइनों का उपयोग करके संचरण का उपयोग आशाजनक प्रतीत होता है।[11]
ई-लाइन
2003 से 2008 तक सोमरफेल्ड के मूल नंगे (अनकोटेड) तार का उपयोग करने वाले सिस्टम के लिए पेटेंट दायर किए गए थे, लेकिन गौबाउ द्वारा विकसित लॉन्चर के समान एक लॉन्चर को नियोजित किया गया था।[12][13] इसे 2009 तक ई-लाइन नाम से प्रचारित किया गया।[14] दावा किया जाता है कि यह रेखा पूरी तरह से गैर-विकिरणकारी है, जो पहले से नजरअंदाज की गई अनुप्रस्थ-चुंबकीय (टीएम) तरंग द्वारा ऊर्जा का प्रसार करती है। इच्छित एप्लिकेशन संचार उद्देश्यों के लिए मौजूदा बिजली लाइनों का उपयोग करते हुए उच्च सूचना दर चैनल है।[15]
यह भी देखें
- विद्युत लाइन संचार
- सिंगल-वायर अर्थ रिटर्न
- सतह तरंग
संदर्भ
- ↑ "Why did Tesla make his coil in the first place?", 21st Century Books.
- ↑ Nikola Tesla, Talking with the Planets". Collier's Weekly, February 19, 1901, pp. 4–5.
"Some ten years ago, I recognized the fact that to convey electric currents to a distance it was not at all necessary to employ a return wire, but that any amount of energy might be transmitted by using a single wire. I illustrated this principle by numerous experiments, which, at that time, excited considerable attention among scientific men."
- ↑ Experiments with Alternate Currents of Very High Frequency and Their Application to Methods of Artificial Illumination, American Institute of Electrical Engineers, Columbia College, N.Y., May 20, 1891.
- ↑ Experiments with Alternate Currents of High Potential and High Frequency, Institution of Electrical Engineers Address, London, February 1892.
- ↑ On Light and Other High Frequency Phenomena, Franklin Institute, Philadelphia, February 1893, and National Electric Light Association, St. Louis, March 1893.
- ↑ U.S. Patent 6,104,107, "Method and apparatus for single line electrical transmission". Avramenko, et al.
- ↑ A. Sommerfeld, Ann. Phys. u. Chemie (Neue Folge) 67-1, 233 (1899)
- ↑ Georg Goubau, "Surface waves and their Application to Transmission Lines," Journal of Applied Physics, Volume 21, Nov. (1950)
- ↑ U.S. Patent 2,685,068, "Surface wave transmission line". George J. E. Goubau
- ↑ U.S. Patent 2,921,277, "Launching and receiving of surface waves". George J. E. Goubau
- ↑ Tahsin Akalin, "Single-wire transmission lines at terahertz frequencies", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (IEEE-MTT), Volume 54, Issue 6, June 2006 Page(s): 2762 - 2767
- ↑ U.S. Patent 7,009,471, "Method and apparatus for launching a surfacewave onto a single conductor transmission line using a slotted flared cone". Glenn E. Elmore
- ↑ U.S. Patent 7,567,154, " Surface wave transmission system over a single conductor having E-fields terminating along the conductor " Glenn E. Elmore
- ↑ "ई-रेखा". Corridor Systems Inc. 2010. Retrieved November 6, 2013.
- ↑ Glenn Elmore (July 27, 2009). "एकल कंडक्टर पर प्रचारित टीएम तरंग का परिचय" (PDF). Corridor Systems. Retrieved November 6, 2013.
