Ground dipole
રેડિયો સંચારમાં, ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ, જેને અર્થ ડાયપોલ એન્ટેના, ટ્રાન્સમિશન લાઇન એન્ટેના અને તકનીકી સાહિત્યમાં હોરિઝોન્ટલ ઇલેક્ટ્રિક ડાયપોલ (HED) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, તે એક વિશાળ, વિશિષ્ટ પ્રકારનું રેડિયો એન્ટેના છે જે અત્યંત ઓછી આવર્તન (ELF) વિદ્યુતચુંબકીય તરંગો ફેલાવે છે. તે ટ્રાન્સમિટિંગ એન્ટેનાનો એકમાત્ર પ્રકાર છે જે 3 હર્ટ્ઝથી 3 કિલોહર્ટ્ઝની આવર્તન શ્રેણીમાં વ્યવહારુ માત્રામાં શક્તિ ફેલાવી શકે છે, જેને સામાન્ય રીતે ઇએલએફ તરંગો કહેવામાં આવે છે. ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલમાં પૃથ્વીમાં દફનાવવામાં આવેલા બે ગ્રાઉન્ડ ઇલેક્ટ્રોડ હોય છે, જે દસથી સેંકડો કિલોમીટરથી અલગ પડે છે, જે તેમની વચ્ચે સ્થિત પાવર પ્લાન્ટ ટ્રાન્સમીટર સાથે ઓવરહેડ ટ્રાન્સમિશન લાઇનો દ્વારા જોડાયેલા હોય છે. વૈકલ્પિક વર્તમાન વીજળી જમીનમાંથી ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચેના વિશાળ લૂપમાં વહે છે, જે ELF તરંગોને ફેલાવે છે, તેથી જમીન એન્ટેનાનો ભાગ છે. સૌથી વધુ અસરકારક બનવા માટે, જમીનના દ્વિધ્રુવ ચોક્કસ પ્રકારની ભૂગર્ભ ખડકોની રચનાઓ પર સ્થિત હોવા જોઈએ. આ વિચાર યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. 1959માં સંરક્ષણ ભૌતિકશાસ્ત્રી નિકોલસ ક્રિસ્ટોફિલોસ. ભૂસ્તરશાસ્ત્રીય અને ભૂભૌતિકીય સંશોધનમાં સેન્સર તરીકે વર્ષોથી નાના જમીનના દ્વિધ્રુવોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, તેમ છતાં, એન્ટેના તરીકેનો તેમનો એકમાત્ર ઉપયોગ કેટલીક લશ્કરી ELF ટ્રાન્સમીટર સુવિધાઓમાં ડૂબી ગયેલી સબમરીન સાથે વાતચીત કરવા માટે કરવામાં આવે છે. નાના સંશોધન અને પ્રાયોગિક એન્ટેના ઉપરાંત, ચાર સંપૂર્ણ પાયે જમીન પરના દ્વિધ્રુવ સ્થાપનો બાંધવામાં આવ્યા હોવાનું જાણીતું છે; બે યુ. એસ. નૌકાદળ દ્વારા રિપબ્લિક, મિશિગન અને ક્લેમ લેક, વિસ્કોન્સિન ખાતે, એક રશિયન નૌકાદળ દ્વારા રશિયાના મરમેન્સ્ક નજીક કોલા દ્વીપકલ્પ પર અને એક ભારતમાં આઈએનએસ કટ્ટાબોમન નૌકાદળના મથક ખાતે બાંધવામાં આવ્યા હતા. યુ. એસ. સુવિધાઓનો ઉપયોગ 1985 અને 2004 ની વચ્ચે કરવામાં આવ્યો હતો પરંતુ હવે તે નિષ્ક્રિય થઈ ગયા છે. ELF ફ્રીક્વન્સીઝ પર એન્ટેના અત્યંત ઓછી ફ્રીક્વન્સીઝની સત્તાવાર ITU વ્યાખ્યા 3 Hz થી 30 Hz હોવા છતાં, 3 Hz થી 3 kz ની ફ્રીક્વન્સીઝનો વિશાળ બેન્ડ 100,000 કિમીથી 100 કિમી સુધીની અનુરૂપ તરંગલંબાઇ સાથે છે. તેનો ઉપયોગ ઇએલએફ સંચાર માટે થાય છે અને તેને સામાન્ય રીતે ઇએલએફ તરંગો કહેવામાં આવે છે. યુ. એસ. અને રશિયન ટ્રાન્સમીટરમાં વપરાતી આવર્તન, આશરે 80 હર્ટ્ઝ, 3750 કિમી (2300 માઇલ) લાંબી તરંગો પેદા કરે છે, જે પૃથ્વીના વ્યાસનો આશરે એક ચતુર્થાંશ ભાગ છે. આવા લાંબા તરંગો માટે કાર્યક્ષમ એન્ટેના બનાવવાની મુશ્કેલીને કારણે ખૂબ જ ઓછી માનવસર્જિત સંચાર પ્રણાલીઓમાં ઇએલએફ તરંગોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. સામાન્ય પ્રકારના એન્ટેના (અર્ધ-તરંગ દ્વિધ્રુવ અને ચતુર્થ-તરંગ મોનોપોલ) તેમના કદને કારણે આવા અત્યંત લાંબા તરંગો માટે બનાવી શકાતા નથી. 80 હર્ટ્ઝ માટે અર્ધ તરંગ દ્વિધ્રુવ 1162 માઇલ લાંબો હશે. તેથી ઇએલએફ ફ્રીક્વન્સીઝ માટેના સૌથી મોટા વ્યવહારુ એન્ટેના પણ વિદ્યુત રીતે ખૂબ ટૂંકા હોય છે, જે તેઓ ફેલાવતા તરંગોની તરંગલંબાઇ કરતા ખૂબ નાના હોય છે. આનો ગેરલાભ એ છે કે એન્ટેનાની કાર્યક્ષમતા ઘટે છે કારણ કે તેનું કદ તરંગલંબાઇથી ઓછું થાય છે. એન્ટેનાનો કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર અને તે કેટલી શક્તિ ફેલાવે છે તે તેની લંબાઈ અને તરંગલંબાઇના પ્રમાણસર હોય છે. તેથી ભૌતિક રીતે મોટા ઇએલએફ એન્ટેનામાં પણ ખૂબ જ નાનો કિરણોત્સર્ગ પ્રતિકાર હોય છે, અને તેથી ઇએલએફ તરંગો તરીકે ઇનપુટ શક્તિનો માત્ર એક નાનો ભાગ ફેલાય છે; તેમના પર લાગુ થતી મોટાભાગની શક્તિ એન્ટેનામાં વિવિધ ઓહમિક પ્રતિકારમાં ગરમી તરીકે વિખેરાય છે. ઇએલએફ એન્ટેના દસથી સેંકડો કિલોમીટર લાંબા હોવા જોઈએ, અને ઇએલએફ કિરણોત્સર્ગના થોડા વોટ પણ ઉત્પન્ન કરવા માટે, મેગાવોટ શ્રેણીમાં શક્તિશાળી ટ્રાન્સમીટર દ્વારા સંચાલિત હોવા જોઈએ. સદનસીબે, અંતર સાથે ઇએલએફ તરંગોનું ક્ષીણન એટલું ઓછું છે (1000 કિમી દીઠ 1-2 ડીબી) કે થોડા વોટની વિકિરિત શક્તિ વિશ્વભરમાં સંદેશાવ્યવહાર કરવા માટે પૂરતી છે. બીજી સમસ્યા તરંગોના જરૂરી ધ્રુવીકરણમાંથી ઉદ્ભવે છે. ELF તરંગો માત્ર ઊભી ધ્રુવીકરણમાં લાંબા અંતરનો પ્રચાર કરે છે, જેમાં ચુંબકીય ક્ષેત્રની રેખાઓની દિશા આડી અને વિદ્યુત ક્ષેત્રની રેખાઓ ઊભી હોય છે. ઊભી રીતે ધ્રુવીકૃત તરંગો પેદા કરવા માટે ઊભી દિશામાં એન્ટેના જરૂરી છે. જો પૃથ્વીની સપાટી પર પૂરતા પ્રમાણમાં મોટા પરંપરાગત એન્ટેના બનાવી શકાય, તો પણ તે ઊભી રીતે ધ્રુવીકૃત તરંગો નહીં પણ આડા ધ્રુવીકૃત તરંગો પેદા કરશે. ઇતિહાસ સબમરીન જ્યારે ડૂબી જાય છે ત્યારે દરિયાઈ પાણી દ્વારા તમામ સામાન્ય રેડિયો સંકેતોથી રક્ષણ કરવામાં આવે છે, અને તેથી લશ્કરી આદેશ અધિકારીઓ સાથેના સંચારથી કાપી નાખવામાં આવે છે. વી. એલ. એફ. રેડિયો તરંગો દરિયાઈ પાણીમાં 50-75 ફૂટ સુધી પ્રવેશી શકે છે અને તેનો ઉપયોગ બીજા વિશ્વયુદ્ધથી સબમરીન સાથે વાતચીત કરવા માટે કરવામાં આવે છે, પરંતુ સબમરીન સપાટીની નજીક ઊભું હોવું જોઈએ, જેનાથી તે શોધ માટે સંવેદનશીલ બને છે. 1958માં, ઇએલએફ તરંગો દરિયાઈ પાણીમાં ઊંડાણમાં, સામાન્ય સબમરીન ઓપરેટિંગ ઊંડાણોમાં પ્રવેશ કરી શકે છે તે અનુભૂતિએ યુ. એસ. ભૌતિકશાસ્ત્રી નિકોલસ ક્રિસ્ટોફિલોસને સૂચવ્યું કે યુ. એસ. નૌકાદળ તેનો ઉપયોગ સબમરીન સાથે વાતચીત કરવા માટે કરે છે. યુ. એસ. સૈન્યએ ઇ. એલ. એફ. આવર્તન પર ઉપયોગ માટે ઘણા વિવિધ પ્રકારના એન્ટેનાનું સંશોધન કર્યું હતું. ક્રિસ્ટોફિલોસે ઊભી લૂપ એન્ટેના બનાવવા માટે પૃથ્વી પર પ્રવાહો લાગુ કરવાની દરખાસ્ત કરી હતી, અને તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે આ સૌથી વ્યવહારુ ડિઝાઇન હતી. ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ વિચારની શક્યતા 1962માં વ્યોમિંગમાં 42 કિમી લીઝ્ડ પાવર લાઇન સાથે અને 1963માં વેસ્ટ વર્જિનિયાથી નોર્થ કેરોલિના સુધી ફેલાયેલા 176 કિમી પ્રોટોટાઇપ વાયર એન્ટેના સાથે ચકાસવામાં આવી હતી. ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ એક પ્રચંડ ઊભી લક્ષી લૂપ એન્ટેના તરીકે કાર્ય કરે છે (ચિત્ર જુઓ, જમણે). તેમાં જમીનમાં દફનાવવામાં આવેલા બે વ્યાપક રીતે અલગ ઇલેક્ટ્રોડનો સમાવેશ થાય છે, જે તેમની વચ્ચે સ્થિત ટ્રાન્સમીટર સાથે ઓવરહેડ ટ્રાન્સમિશન કેબલ્સ દ્વારા જોડાયેલા છે. ટ્રાન્સમીટરમાંથી વૈકલ્પિક પ્રવાહ લૂપમાં એક ટ્રાન્સમિશન લાઇનમાંથી પસાર થાય છે, એક ગ્રાઉન્ડ ઇલેક્ટ્રોડથી બીજા ગ્રાઉન્ડ ઇલેક્ટ્રોડમાં કિલોમીટર ઊંડા બેડરોકમાં અને બીજી ટ્રાન્સમિશન લાઇન દ્વારા પાછા ફરે છે. આ લૂપ દ્વારા વૈકલ્પિક ચુંબકીય ક્ષેત્ર બનાવે છે, જે ELF તરંગોને ફેલાવે છે. તેમની ઓછી આવર્તનને કારણે, ઇએલએફ તરંગોની ત્વચાની ઊંડાઈ મોટી હોય છે અને તે પૃથ્વી દ્વારા નોંધપાત્ર અંતર સુધી પ્રવેશી શકે છે, તેથી અડધા એન્ટેના જમીનની નીચે હોય તેનાથી કોઈ ફરક પડતો નથી. ઉત્પાદિત ચુંબકીય ક્ષેત્રની ધરી આડી હોય છે, તેથી તે ઊભી રીતે ધ્રુવીકૃત તરંગો ઉત્પન્ન કરે છે. એન્ટેનાની કિરણોત્સર્ગ પેટર્ન દિશાત્મક હોય છે, એક દ્વિધ્રુવીય પેટર્ન, જેમાં લૂપના સમતલમાં બે લોબ (મહત્તમ) હોય છે, જે પ્રસારણ રેખાઓના છેડાથી દૂર હોય છે. યુ. એસ. સ્થાપનોમાં બે ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે એકબીજાને લંબરૂપ હોય છે, જેથી એન્ટેનામાં પ્રવાહોના સંબંધિત તબક્કામાં ફેરફાર કરીને બીમ કોઈપણ દિશામાં આગળ વધી શકે. લૂપ એન્ટેના દ્વારા ફેલાતી શક્તિનું પ્રમાણ પ્રમાણસર હોય છે, જ્યાં લૂપમાં કરંટ હોય છે અને વિસ્તાર બંધ હોય છે, ELF ફ્રીક્વન્સીઝ પર વ્યવહારુ શક્તિ ફેલાવવા માટે, લૂપને સેંકડો એમ્પીયરનો કરંટ વહન કરવો પડે છે અને ઓછામાં ઓછા કેટલાક ચોરસ માઇલના વિસ્તારને બંધ કરવો પડે છે. ક્રિસ્ટોફિલોસે શોધી કાઢ્યું હતું કે અંતર્ગત ખડકની વિદ્યુત વાહકતા જેટલી ઓછી હશે, પ્રવાહ તેટલો ઊંડો જશે અને અસરકારક લૂપ વિસ્તાર તેટલો મોટો હશે. રેડિયો ફ્રિક્વન્સી કરંટ તે ફ્રિક્વન્સી પર જમીનની ત્વચાની ઊંડાઈ જેટલી ઊંડાઈ સુધી જમીનમાં પ્રવેશ કરશે, જે જમીનની વાહકતાના વર્ગમૂળના વ્યસ્ત પ્રમાણમાં છે. જમીનનો દ્વિધ્રુવ અસરકારક વિસ્તાર સાથે લૂપ બનાવે છે, જ્યાં પ્રસારણ રેખાઓની કુલ લંબાઈ અને ત્વચાની ઊંડાઈ છે. આમ, જમીનના દ્વિધ્રુવોને ઓછી વાહકતા ધરાવતા ભૂગર્ભ ખડકોની રચનાઓ પર ગોઠવવામાં આવે છે (આ સામાન્ય રેડિયો એન્ટેનાથી વિપરીત છે, જેને તેમના ટ્રાન્સમીટર માટે નીચા પ્રતિકાર ધરાવતા જમીન જોડાણ માટે સારી પૃથ્વી વાહકતાની જરૂર પડે છે). બે યુ. એસ. નૌકાદળના એન્ટેના મિશિગનના ઉપલા દ્વીપકલ્પમાં, કેનેડિયન શીલ્ડ (લોરેન્ટિયન શીલ્ડ) રચના પર સ્થિત હતા, જે 2 × 10−4 સીમેન્સ/મીટરની અસામાન્ય રીતે ઓછી વાહકતા ધરાવે છે, જેના પરિણામે 20 ડીબીની એન્ટેના કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે. રશિયન ટ્રાન્સમીટરના સ્થળ પર પૃથ્વીની વાહકતા પણ ઓછી છે. તેમના નાગરિક ઉપયોગોના અભાવને કારણે, એન્ટેના તકનીકી સાહિત્યમાં ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ્સ વિશે બહુ ઓછી માહિતી ઉપલબ્ધ છે. શરૂઆતમાં ઘણી મોટી પ્રણાલીઓ (પ્રોજેક્ટ સેંગુઇન) ને ધ્યાનમાં લીધા પછી, યુ. એસ. નૌકાદળે બે ઇએલએફ ટ્રાન્સમીટર સુવિધાઓનું નિર્માણ કર્યું, એક ક્લેમ લેક, વિસ્કોન્સિન ખાતે અને બીજી રિપબ્લિક, મિશિગન ખાતે, 145 માઇલના અંતરે, 76 હર્ટ્ઝ પર પ્રસારણ કરતી હતી. તેઓ સ્વતંત્ર રીતે કામ કરી શકે છે, અથવા વધુ ઉત્પાદન શક્તિ માટે એક એન્ટેના તરીકે તબક્કાને સુમેળ કરી શકે છે. ક્લેમ લેક સાઇટ, પ્રારંભિક પરીક્ષણ સુવિધા, 1982 માં તેનો પ્રથમ સંકેત પ્રસારિત કર્યો અને 1985 માં કામગીરી શરૂ કરી, જ્યારે રિપબ્લિક સાઇટ 1989 માં કાર્યરત થઈ. 2. 6 મેગાવોટની ઇનપુટ પાવર સાથે, એકસાથે કામ કરતી બંને સાઇટ્સની કુલ વિકિરિત ઇએલએફ આઉટપુટ પાવર 8 વોટ હતી. જો કે, ઇએલએફ તરંગોના નીચા ઘટાડાને કારણે આ નાની વિકિરિત શક્તિ પૃથ્વીની લગભગ અડધી સપાટી પર સબમરીન સાથે વાતચીત કરવામાં સક્ષમ હતી. 2004માં બંને ટ્રાન્સમીટર બંધ કરવામાં આવ્યા હતા. નૌકાદળની સત્તાવાર સમજૂતી એ હતી કે વી. એલ. એફ. સંચાર પ્રણાલીઓમાં પ્રગતિએ તેમને બિનજરૂરી બનાવી દીધા હતા. રશિયન નૌકાદળના ઝેડઇવીએસ એન્ટેના રશિયન નૌકાદળ ઉત્તર રશિયામાં કોલા દ્વીપકલ્પ પર મરમેન્સ્કથી 30 કિમી દક્ષિણપૂર્વમાં સ્થિત તેની સબમરીન સાથે વાતચીત કરવા માટે ઝેડઇવીએસ ("ઝિયસ") નામની ઇએલએફ ટ્રાન્સમીટર સુવિધાનું સંચાલન કરે છે. તેના સંકેતો 1990ના દાયકામાં સ્ટેનફોર્ડ યુનિવર્સિટી અને અન્યત્ર મળી આવ્યા હતા. તે સામાન્ય રીતે એમએસકે (મિનિમમ શિફ્ટ કીઇંગ) મોડ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને 82 હર્ટ્ઝ પર કામ કરે છે. જો કે તે 20 થી 250 હર્ટ્ઝની આવર્તન શ્રેણીને આવરી શકે છે. તેમાં 60 કિમી લાંબા બે સમાંતર જમીન દ્વિધ્રુવીય એન્ટેનાનો સમાવેશ થાય છે, જે 200-300 એમ્પીયરના પ્રવાહો પર ચાલે છે. અવરોધિત સંકેતોની ગણતરીઓ સૂચવે છે કે તે યુ. એસ. ટ્રાન્સમીટર કરતાં 10 ડીબી વધુ શક્તિશાળી છે. તેનાથી વિપરીત તેનો ઉપયોગ લશ્કરી સંચાર ઉપરાંત ભૂભૌતિકીય સંશોધન માટે થાય છે. ભારતીય નૌકાદળના એન્ટેના ભારતીય નૌકાદળ તેની અરિહંત વર્ગ અને અકુલા વર્ગની સબમરીન સાથે વાતચીત કરવા માટે તમિલનાડુમાં આઈ. એન. એસ. કટ્ટાબોમન નૌકાદળના મથક પર કાર્યરત ઇ. એલ. એફ. સંચાર સુવિધા ધરાવે છે. કિરણોત્સર્ગી શક્તિ જમીનના દ્વિધ્રુવ દ્વારા ફેલાતી કુલ શક્તિ એ છે કે જ્યાં આવર્તન છે, લૂપમાં આર. એમ. એસ. પ્રવાહ છે, ટ્રાન્સમિશન લાઇનની લંબાઈ છે, પ્રકાશની ઝડપ છે, આયનોસ્ફિયરના ડી સ્તરની જમીનની ઉપરની ઊંચાઈ છે, અને જમીનની વાહકતા છે. વિદ્યુત રીતે નાના લૂપ એન્ટેનાની વિકિરિત શક્તિ સામાન્ય રીતે આવર્તનની ચોથી શક્તિ સાથે માપવામાં આવે છે, પરંતુ ELF આવર્તન પર આયનમંડળની અસરો આવર્તનના વર્ગના પ્રમાણમાં શક્તિમાં ઓછા ગંભીર ઘટાડામાં પરિણમે છે. ઇએલએફ સંકેતો પ્રાપ્ત કરવા માટે ગ્રાઉન્ડ ડાયપોલ્સની જરૂર નથી, જો કે કેટલાક રેડિયો શોખીનો આ હેતુ માટે નાના એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરે છે. તેના બદલે, સ્વાગત માટે વિવિધ લૂપ અને ફેરાઇટ કોઇલ એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે. ઇએલએફ ફ્રીક્વન્સીઝ પર એન્ટેના પ્રાપ્ત કરવા માટેની જરૂરિયાતો ટ્રાન્સમિટ એન્ટેના કરતાં ઘણી ઓછી કડક હોય છેઃ ઇએલએફ રીસીવરોમાં, સિગ્નલમાં અવાજ બેન્ડમાં મોટા વાતાવરણીય અવાજ દ્વારા પ્રભુત્વ ધરાવે છે. નાના, બિનકાર્યક્ષમ પ્રાપ્ત એન્ટેના દ્વારા મેળવેલા નાના સંકેતમાં પણ અવાજ હોય છે જે પ્રાપ્તકર્તામાં જ પેદા થતા અવાજની થોડી માત્રા કરતાં ઘણો વધારે હોય છે. કારણ કે બહારનો ઘોંઘાટ રિસેપ્શનને મર્યાદિત કરે છે, ઇન્ટરસેપ્ટેડ સિગ્નલને આંતરિક ઘોંઘાટને ડૂબી જવા માટે એન્ટેનાની બહુ ઓછી શક્તિની જરૂર પડે છે, અને તેથી નાના રિસીવ એન્ટેનાનો ઉપયોગ કોઈ ગેરલાભ વિના કરી શકાય છે. સબમરીન સાથે સંદેશાવ્યવહાર પણ જુઓ ફૂટનોટ્સ સંદર્ભો રેડિયો ફ્રિક્વન્સી એન્ટેના પ્રકારો એન્ટેના (રેડિયો)