Ground dipole
বেতার যোগাযোগে, একটি স্থল দ্বিমেরু, যাকে আর্থ দ্বিমেরু অ্যান্টেনা, ট্রান্সমিশন লাইন অ্যান্টেনা এবং প্রযুক্তিগত সাহিত্যে অনুভূমিক বৈদ্যুতিক দ্বিমেরু (এইচইডি) হিসাবেও উল্লেখ করা হয়, একটি বিশাল, বিশেষ ধরনের বেতার অ্যান্টেনা যা অত্যন্ত কম ফ্রিকোয়েন্সি (ইএলএফ) তড়িৎচুম্বকীয় তরঙ্গ বিকিরণ করে। এটি একমাত্র ধরনের ট্রান্সমিটিং অ্যান্টেনা যা 3 হার্জ থেকে 3 কিলোহার্জ ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে ব্যবহারিক পরিমাণে শক্তি বিকিরণ করতে পারে, যাকে সাধারণত ইএলএফ তরঙ্গ বলা হয়। একটি স্থল দ্বিমেরু পৃথিবীতে সমাহিত দুটি স্থল বিদ্যুদ্বাহক নিয়ে গঠিত, যা দশ থেকে শত শত কিলোমিটার দ্বারা পৃথক, তাদের মধ্যে অবস্থিত একটি পাওয়ার প্ল্যান্ট ট্রান্সমিটারের সাথে ওভারহেড ট্রান্সমিশন লাইন দ্বারা সংযুক্ত। বিকল্প বিদ্যুৎ বিদ্যুৎ মাটির মধ্য দিয়ে বিদ্যুদ্বাহকগুলির মধ্যে একটি বিশাল লুপে প্রবাহিত হয়, ইএলএফ তরঙ্গ বিকিরণ করে, তাই মাটি অ্যান্টেনার অংশ। সবচেয়ে কার্যকর হওয়ার জন্য, নির্দিষ্ট ধরনের ভূগর্ভস্থ শিলা গঠনের উপর স্থল দ্বিমেরু অবশ্যই অবস্থিত হতে হবে। ধারণাটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের ডিপার্টমেন্ট দ্বারা প্রস্তাবিত হয়েছিল। 1959 সালে প্রতিরক্ষা পদার্থবিজ্ঞানী নিকোলাস ক্রিস্টোফিলোস। যদিও ভূতাত্ত্বিক এবং ভূ-প্রাকৃতিক গবেষণায় সেন্সর হিসাবে বছরের পর বছর ধরে ছোট স্থল দ্বিমেরু ব্যবহার করা হয়েছে, তবে অ্যান্টেনা হিসাবে তাদের একমাত্র ব্যবহার জলমগ্ন সাবমেরিনের সাথে যোগাযোগের জন্য কয়েকটি সামরিক ইএলএফ ট্রান্সমিটার সুবিধাগুলিতে হয়েছে। ছোট গবেষণা এবং পরীক্ষামূলক অ্যান্টেনা ছাড়াও, চারটি পূর্ণ-স্কেল স্থল দ্বিমেরু স্থাপনা নির্মিত হয়েছে বলে জানা যায়; দুটি রিপাবলিক, মিশিগান এবং ক্ল্যাম লেক, উইসকনসিনে মার্কিন নৌবাহিনী দ্বারা, একটি রাশিয়ার মারমানস্কের কাছে কোলা উপদ্বীপে রাশিয়ান নৌবাহিনী দ্বারা এবং একটি ভারতে আইএনএস কাট্টাবোমান নৌ ঘাঁটিতে। মার্কিন সুবিধাগুলি 1985 থেকে 2004 সালের মধ্যে ব্যবহার করা হয়েছিল কিন্তু এখন বাতিল করা হয়েছে। ইএলএফ ফ্রিকোয়েন্সিতে অ্যান্টেনা যদিও অত্যন্ত কম ফ্রিকোয়েন্সিগুলির সরকারী আইটিইউ সংজ্ঞা 3 হার্জ থেকে 30 হার্জ, 3 হার্জ থেকে 3 কিলোহার্জ ফ্রিকোয়েন্সিগুলির বিস্তৃত ব্যান্ড 100,000 কিমি থেকে 100 কিমি পর্যন্ত সংশ্লিষ্ট তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ। ইএলএফ যোগাযোগের জন্য ব্যবহৃত হয় এবং সাধারণত ইএলএফ তরঙ্গ বলা হয়। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং রাশিয়ান ট্রান্সমিটারগুলিতে ব্যবহৃত ফ্রিকোয়েন্সি, প্রায় 80 হার্জ, 3750 কিলোমিটার (2300 মাইল) দীর্ঘ তরঙ্গ তৈরি করে, যা পৃথিবীর ব্যাসের প্রায় এক চতুর্থাংশ। এই ধরনের দীর্ঘ তরঙ্গের জন্য দক্ষ অ্যান্টেনা তৈরি করতে অসুবিধা হওয়ার কারণে খুব কম মানবসৃষ্ট যোগাযোগ ব্যবস্থায় ইএলএফ তরঙ্গ ব্যবহার করা হয়েছে। সাধারণ ধরনের অ্যান্টেনা (অর্ধ-তরঙ্গ ডাইপোল এবং চতুর্থ-তরঙ্গ মনোপোল) তাদের আকারের কারণে এই ধরনের অত্যন্ত দীর্ঘ তরঙ্গের জন্য তৈরি করা যায় না। 80 হার্জ-এর জন্য একটি অর্ধ তরঙ্গ দ্বিমেরু 1162 মাইল দীর্ঘ হবে। সুতরাং এমনকি ইএলএফ ফ্রিকোয়েন্সিগুলির জন্য বৃহত্তম ব্যবহারিক অ্যান্টেনাগুলি বৈদ্যুতিকভাবে খুব ছোট, তারা যে তরঙ্গদৈর্ঘ্য বিকিরণ করে তার চেয়ে অনেক ছোট। এর অসুবিধা হল একটি অ্যান্টেনার দক্ষতা হ্রাস পায় কারণ এর আকার তরঙ্গদৈর্ঘ্যের নিচে হ্রাস পায়। একটি অ্যান্টেনার বিকিরণ প্রতিরোধ এবং এটি যে পরিমাণ শক্তি বিকিরণ করে তা তার দৈর্ঘ্য এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে আনুপাতিক। সুতরাং এমনকি শারীরিকভাবে বড় ইএলএফ অ্যান্টেনার খুব ছোট বিকিরণ প্রতিরোধ ক্ষমতা রয়েছে এবং তাই ইএলএফ তরঙ্গ হিসাবে ইনপুট শক্তির একটি ক্ষুদ্র ভগ্নাংশ বিকিরণ করে; তাদের উপর প্রয়োগ করা বেশিরভাগ শক্তি অ্যান্টেনার বিভিন্ন ওহমিক প্রতিরোধে তাপ হিসাবে অপচয় হয়। ইএলএফ অ্যান্টেনা অবশ্যই দশ থেকে শত শত কিলোমিটার দীর্ঘ হতে হবে এবং ইএলএফ বিকিরণের কয়েক ওয়াট উত্পাদন করতে মেগাওয়াট পরিসরে শক্তিশালী ট্রান্সমিটার দ্বারা চালিত হতে হবে। সৌভাগ্যবশত, দূরত্বের সাথে ইএলএফ তরঙ্গের ক্ষয় এত কম (প্রতি 1000 কিমি-তে 1-2 ডিবি) যে কয়েক ওয়াট বিকিরণ শক্তি বিশ্বব্যাপী যোগাযোগের জন্য যথেষ্ট। দ্বিতীয় সমস্যাটি তরঙ্গগুলির প্রয়োজনীয় মেরুকরণ থেকে উদ্ভূত হয়। ইএলএফ তরঙ্গগুলি শুধুমাত্র উল্লম্ব মেরুকরণে দীর্ঘ দূরত্ব প্রচার করে, চৌম্বক ক্ষেত্রের রেখাগুলির দিক অনুভূমিক এবং বৈদ্যুতিক ক্ষেত্রের রেখাগুলি উল্লম্ব। উল্লম্বভাবে মেরুকৃত তরঙ্গ তৈরি করতে উল্লম্বমুখী অ্যান্টেনার প্রয়োজন হয়। এমনকি যদি পৃথিবীর পৃষ্ঠে পর্যাপ্ত পরিমাণে বড় প্রচলিত অ্যান্টেনা তৈরি করা যায়, তবে এগুলি অনুভূমিকভাবে মেরুকৃত তরঙ্গ তৈরি করবে, উল্লম্বভাবে মেরুকৃত নয়। ডুবোজাহাজগুলি যখন ডুবে যায় তখন সমস্ত সাধারণ রেডিও সংকেত থেকে সমুদ্রের জল দ্বারা সুরক্ষিত থাকে এবং তাই সামরিক কমান্ড কর্তৃপক্ষের সাথে যোগাযোগ বন্ধ করে দেওয়া হয়। ভিএলএফ বেতার তরঙ্গ সমুদ্রের জলে 50-75 ফুট প্রবেশ করতে পারে এবং দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের পর থেকে সাবমেরিনের সাথে যোগাযোগের জন্য ব্যবহৃত হয়ে আসছে, তবে সাবমেরিনটিকে অবশ্যই পৃষ্ঠের কাছাকাছি উঠতে হবে, যার ফলে এটি সনাক্তকরণের জন্য ঝুঁকিপূর্ণ। 1958 সালে, ইএলএফ তরঙ্গগুলি সমুদ্রের জলের গভীরে, স্বাভাবিক সাবমেরিন অপারেটিং গভীরতায় প্রবেশ করতে পারে এই উপলব্ধি মার্কিন পদার্থবিজ্ঞানী নিকোলাস ক্রিস্টোফিলোসকে পরামর্শ দেয় যে মার্কিন নৌবাহিনী সাবমেরিনের সাথে যোগাযোগের জন্য এগুলি ব্যবহার করে। মার্কিন সামরিক বাহিনী ইএলএফ ফ্রিকোয়েন্সিতে ব্যবহারের জন্য বিভিন্ন ধরনের অ্যান্টেনা নিয়ে গবেষণা করেছে। ক্রিস্টোফিলোস একটি উল্লম্ব লুপ অ্যান্টেনা তৈরি করার জন্য পৃথিবীতে স্রোত প্রয়োগের প্রস্তাব দিয়েছিলেন এবং এটি স্পষ্ট হয়ে ওঠে যে এটি সবচেয়ে ব্যবহারিক নকশা ছিল। গ্রাউন্ড ডাইপোল ধারণার সম্ভাব্যতা 1962 সালে ওয়াইমিং-এ 42 কিলোমিটার ইজারা দেওয়া বিদ্যুৎ লাইন দিয়ে এবং 1963 সালে পশ্চিম ভার্জিনিয়া থেকে উত্তর ক্যারোলিনা পর্যন্ত বিস্তৃত 176 কিলোমিটার প্রোটোটাইপ তারের অ্যান্টেনা দিয়ে পরীক্ষা করা হয়েছিল। একটি স্থল দ্বিমেরু কীভাবে কাজ করে একটি স্থল দ্বিমেরু একটি বিশাল উল্লম্ব ভিত্তিক লুপ অ্যান্টেনা হিসাবে কাজ করে (ডানদিকে অঙ্কন দেখুন)। এটি মাটিতে সমাহিত দুটি ব্যাপকভাবে পৃথক ইলেক্ট্রোড নিয়ে গঠিত, যা তাদের মধ্যে অবস্থিত একটি ট্রান্সমিটারের সাথে ওভারহেড ট্রান্সমিশন কেবল দ্বারা সংযুক্ত। ট্রান্সমিটার থেকে পরিবর্তিত বিদ্যুৎ একটি লুপে একটি ট্রান্সমিশন লাইনের মধ্য দিয়ে, এক স্থল বিদ্যুদ্বাহক থেকে অন্যটিতে এবং অন্য ট্রান্সমিশন লাইনের মাধ্যমে ফিরে আসে। এটি লুপের মাধ্যমে একটি বিকল্প চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করে, যা ইএলএফ তরঙ্গ বিকিরণ করে। তাদের কম ফ্রিকোয়েন্সির কারণে, ইএলএফ তরঙ্গগুলির একটি বড় ত্বকের গভীরতা রয়েছে এবং পৃথিবীর মধ্য দিয়ে একটি উল্লেখযোগ্য দূরত্ব ভেদ করতে পারে, তাই অর্ধেক অ্যান্টেনা মাটির নিচে থাকা কোন ব্যাপার না। উৎপাদিত চৌম্বক ক্ষেত্রের অক্ষ অনুভূমিক, তাই এটি উল্লম্বভাবে মেরুকৃত তরঙ্গ তৈরি করে। অ্যান্টেনার বিকিরণ প্যাটার্নটি দিকনির্দেশক, একটি দ্বিমেরু প্যাটার্ন, লুপের সমতলে দুটি লোব (ম্যাক্সিমা) সহ, ট্রান্সমিশন লাইনের প্রান্তের বাইরে। মার্কিন স্থাপনায় দুটি স্থল দ্বিমেরু ব্যবহার করা হয়, একে অপরের সাথে লম্বভাবে অবস্থিত, যাতে অ্যান্টেনার স্রোতের আপেক্ষিক পর্যায় পরিবর্তন করে মরীচিটি যে কোনও দিকে চালিত হতে পারে। একটি লুপ অ্যান্টেনা দ্বারা বিকিরিত শক্তির পরিমাণ আনুপাতিক, যেখানে লুপে তড়িৎ প্রবাহ এবং এলাকাটি আবদ্ধ, ইএলএফ ফ্রিকোয়েন্সিতে ব্যবহারিক শক্তি বিকিরণ করতে, লুপটি শত শত অ্যাম্পিয়ারের তড়িৎ প্রবাহ বহন করতে হবে এবং কমপক্ষে কয়েক বর্গ মাইল এলাকা ঘিরে রাখতে হবে। ক্রিস্টোফিলোস দেখেছেন যে অন্তর্নিহিত শিলার বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা যত কম হবে, বিদ্যুৎ তত গভীর হবে এবং কার্যকর লুপের এলাকা তত বড় হবে। রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি কারেন্ট সেই ফ্রিকোয়েন্সিতে মাটির ত্বকের গভীরতার সমান গভীরতায় প্রবেশ করবে, যা স্থল পরিবাহিতা বর্গমূলের বিপরীত আনুপাতিক। স্থল দ্বিমেরু কার্যকর এলাকা সহ একটি লুপ গঠন করে, যেখানে সংক্রমণ লাইনের মোট দৈর্ঘ্য এবং ত্বকের গভীরতা। এইভাবে, স্থল দ্বিমেরু নিম্ন পরিবাহিতা ভূগর্ভস্থ শিলা গঠনের উপর স্থাপন করা হয় (এটি সাধারণ রেডিও অ্যান্টেনার সাথে বৈপরীত্য, যার জন্য তাদের ট্রান্সমিটারগুলির জন্য কম প্রতিরোধের স্থল সংযোগের জন্য ভাল পৃথিবীর পরিবাহিতা প্রয়োজন)। দুটি মার্কিন নৌবাহিনীর অ্যান্টেনা মিশিগানের উচ্চ উপদ্বীপে কানাডিয়ান শিল্ড (লরেন্টিয়ান শিল্ড) গঠনে অবস্থিত ছিল, যার অস্বাভাবিকভাবে কম পরিবাহিতা 2 × 10−4 সিমেন/মিটার যার ফলে অ্যান্টেনার দক্ষতা 20 ডিবি বৃদ্ধি পায়। রাশিয়ান ট্রান্সমিটারের জায়গায় পৃথিবীর পরিবাহিতা আরও কম। তাদের অসামরিক প্রয়োগের অভাবের কারণে, অ্যান্টেনা প্রযুক্তিগত সাহিত্যে স্থল দ্বিমেরু সম্পর্কে খুব কম তথ্য পাওয়া যায়। প্রাথমিকভাবে বেশ কয়েকটি বড় সিস্টেম (প্রজেক্ট স্যাঙ্গুইন) বিবেচনা করার পরে, মার্কিন নৌবাহিনী দুটি ইএলএফ ট্রান্সমিটার সুবিধা তৈরি করেছিল, একটি ক্ল্যাম লেক, উইসকনসিনে এবং অন্যটি রিপাবলিক, মিশিগানে 145 মাইল দূরে, 76 হার্জ এ প্রেরণ করে। তারা স্বাধীনভাবে কাজ করতে পারে, বা বৃহত্তর আউটপুট শক্তির জন্য একটি অ্যান্টেনা হিসাবে পর্যায় সিঙ্ক্রোনাইজ করতে পারে। ক্ল্যাম লেক সাইট, প্রাথমিক পরীক্ষার সুবিধা, 1982 সালে তার প্রথম সংকেত প্রেরণ করে এবং 1985 সালে কাজ শুরু করে, যখন রিপাবলিক সাইটটি 1989 সালে চালু হয়। 2. 6 মেগাওয়াটের ইনপুট শক্তি সহ, উভয় সাইটের একসাথে কাজ করার মোট বিকিরিত ইএলএফ আউটপুট শক্তি ছিল 8 ওয়াট। যাইহোক, ইএলএফ তরঙ্গের কম ক্ষয়প্রাপ্তির কারণে এই ক্ষুদ্র বিকিরণ শক্তি পৃথিবীর প্রায় অর্ধেক পৃষ্ঠের উপর সাবমেরিনের সাথে যোগাযোগ করতে সক্ষম হয়েছিল। 2004 সালে দুটি ট্রান্সমিটারই বন্ধ হয়ে যায়। নৌবাহিনীর আনুষ্ঠানিক ব্যাখ্যা ছিল যে ভি. এল. এফ যোগাযোগ ব্যবস্থার অগ্রগতি এগুলিকে অপ্রয়োজনীয় করে তুলেছিল। রাশিয়ান নৌবাহিনী জেডইভিএস অ্যান্টেনা রাশিয়ান নৌবাহিনী উত্তর রাশিয়ার কোলা উপদ্বীপে মারমানস্ক থেকে 30 কিলোমিটার দক্ষিণ-পূর্বে অবস্থিত তার সাবমেরিনের সাথে যোগাযোগের জন্য জেডইভিএস (জিউস) নামে একটি ইএলএফ ট্রান্সমিটার সুবিধা পরিচালনা করে। 1990-এর দশকে স্ট্যানফোর্ড বিশ্ববিদ্যালয় এবং অন্যান্য জায়গায় এর সংকেত পাওয়া যায়। এটি সাধারণত এম. এস. কে (মিনিমাম শিফট কিইং) মড্যুলেশন ব্যবহার করে 82 হার্জ-এ কাজ করে। যদিও এটি 20 থেকে 250 হার্জ পর্যন্ত ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা জুড়ে থাকতে পারে বলে জানা গেছে। এটি 60 কিলোমিটার দীর্ঘ দুটি সমান্তরাল স্থল দ্বিমেরু অ্যান্টেনা নিয়ে গঠিত, যা 200-300 অ্যাম্পিয়ারের স্রোতে চালিত হয়। আটকানো সংকেতের হিসেব থেকে বোঝা যায় যে এটি মার্কিন ট্রান্সমিটারের তুলনায় 10 ডিবি বেশি শক্তিশালী। তাদের বিপরীতে এটি সামরিক যোগাযোগের পাশাপাশি ভূ-প্রাকৃতিক গবেষণার জন্য ব্যবহৃত হয়। ভারতীয় নৌবাহিনীর অ্যান্টেনা তামিলনাড়ুর আই. এন. এস কাট্টাবোম্মন নৌঘাঁটিতে ভারতীয় নৌবাহিনীর একটি কার্যকরী ই. এল. এফ যোগাযোগ সুবিধা রয়েছে, যাতে তাদের অরিহন্ত শ্রেণীর এবং আকুলা শ্রেণীর ডুবোজাহাজগুলির সঙ্গে যোগাযোগ করা যায়। একটি স্থল দ্বিমেরু দ্বারা বিকিরিত মোট শক্তি হল যেখানে ফ্রিকোয়েন্সি, লুপে আরএমএস কারেন্ট, ট্রান্সমিশন লাইনের দৈর্ঘ্য, আলোর গতি, আয়নোস্ফিয়ারের ডি স্তরের মাটির উপরে উচ্চতা এবং স্থল পরিবাহিতা। একটি বৈদ্যুতিকভাবে ছোট লুপ অ্যান্টেনার বিকিরিত শক্তি সাধারণত ফ্রিকোয়েন্সির চতুর্থ শক্তির সাথে স্কেল করে, তবে ইএলএফ ফ্রিকোয়েন্সিতে আয়নোস্ফিয়ারের প্রভাবের ফলে ফ্রিকোয়েন্সির বর্গের আনুপাতিক শক্তিতে কম গুরুতর হ্রাস ঘটে। ইএলএফ সংকেত গ্রহণের জন্য গ্রাউন্ড ডাইপোলের প্রয়োজন হয় না, যদিও কিছু রেডিও অপেশাদার এই উদ্দেশ্যে ছোট অ্যান্টেনা ব্যবহার করেন। পরিবর্তে, অভ্যর্থনার জন্য বিভিন্ন লুপ এবং ফেরাইট কয়েল অ্যান্টেনা ব্যবহার করা হয়েছে। ই. এল. এফ ফ্রিকোয়েন্সিতে অ্যান্টেনা গ্রহণের প্রয়োজনীয়তা ট্রান্সমিটিং অ্যান্টেনার তুলনায় অনেক কম কঠোরঃ ই. এল. এফ রিসিভারগুলিতে, সংকেতের শব্দ ব্যান্ডে বড় বায়ুমণ্ডলীয় শব্দ দ্বারা প্রভাবিত হয়। এমনকি একটি ছোট, অদক্ষ রিসিভিং অ্যান্টেনা দ্বারা ধারণ করা ক্ষুদ্র সংকেতটিতেও এমন শব্দ থাকে যা রিসিভারের মধ্যে উত্পন্ন অল্প পরিমাণের শব্দকে ব্যাপকভাবে অতিক্রম করে। যেহেতু বাইরের গোলমাল অভ্যর্থনাকে সীমাবদ্ধ করে, তাই অভ্যন্তরীণ গোলমালকে অভিভূত করার জন্য ইন্টারসেপ্ট সিগন্যালের জন্য অ্যান্টেনা থেকে খুব কম শক্তির প্রয়োজন হয় এবং তাই ছোট রিসিভ অ্যান্টেনা কোনও অসুবিধা ছাড়াই ব্যবহার করা যেতে পারে। আরও দেখুন সাবমেরিনের সাথে যোগাযোগ পাদটীকা তথ্যসূত্র রেডিও ফ্রিকোয়েন্সি অ্যান্টেনার প্রকার অ্যান্টেনা (রেডিও)