Single-wire transmission line
સિંગલ-વાયર ટ્રાન્સમિશન લાઇન (અથવા સિંગલ વાયર પદ્ધતિ) એ માત્ર એક જ વિદ્યુત વાહકનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુત શક્તિ અથવા સંકેતોને પ્રસારિત કરવાની એક પદ્ધતિ છે. આ સંપૂર્ણ સર્કિટ પૂરી પાડતા વાયરની જોડીના સામાન્ય ઉપયોગથી વિપરીત છે, અથવા તે જ રીતે તે હેતુ માટે (ઓછામાં ઓછા) બે વાહક ધરાવતી વિદ્યુત કેબલ. સિંગલ-વાયર ટ્રાન્સમિશન લાઇન સિંગલ-વાયર અર્થ રીટર્ન સિસ્ટમ જેવી નથી, જે આ લેખમાં આવરી લેવામાં આવી નથી. પછીની પ્રણાલી જમીનમાંથી પાછા ફરતા પ્રવાહ પર આધાર રાખે છે, જેમાં પૃથ્વીનો ઉપયોગ ગ્રાઉન્ડ ટર્મિનલ ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે બીજા વાહક તરીકે થાય છે. સિંગલ-વાયર ટ્રાન્સમિશન લાઇનમાં કોઈ પણ સ્વરૂપનો બીજો વાહક હોતો નથી. ઇતિહાસ 1780ના દાયકાની શરૂઆતમાં લુઇગી ગાલ્વાનીએ પ્રથમ વખત દેડકાના પગને ખેંચવામાં સ્થિર વીજળીની અસરનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું અને સંપૂર્ણ સર્કિટ સાથે સંકળાયેલા દેડકા સાથેના ચોક્કસ ધાતુના સંપર્કોને કારણે ઉત્પન્ન થતી સમાન અસરનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું. બાદમાંની અસરને એલેસાન્ડ્રો વોલ્ટા દ્વારા વોલ્ટેઇક સેલ (બેટરી) તરીકે ઓળખાતા વિદ્યુત પ્રવાહ તરીકે યોગ્ય રીતે સમજવામાં આવી હતી. તેઓ સમજી ગયા હતા કે આવા પ્રવાહને વીજળી સંચાલિત કરવા માટે સંપૂર્ણ સર્કિટની જરૂર છે, તેમ છતાં વિદ્યુત પ્રવાહોની વાસ્તવિક પ્રકૃતિ બિલકુલ સમજી શકાઇ ન હતી (માત્ર એક સદી પછી ઇલેક્ટ્રોનની શોધ થશે). વિદ્યુત મોટર, લાઇટ વગેરેનો તમામ અનુગામી વિકાસ. સંપૂર્ણ સર્કિટના સિદ્ધાંત પર આધાર રાખ્યો હતો, જેમાં સામાન્ય રીતે વાયરની જોડીનો સમાવેશ થતો હતો, પરંતુ કેટલીકવાર જમીનનો બીજા વાહક તરીકે ઉપયોગ થતો હતો (વ્યાપારી ટેલિગ્રાફીની જેમ). 19મી સદીના અંતમાં, નિકોલા ટેસ્લાએ દર્શાવ્યું હતું કે પ્રતિધ્વનિ માટે ટ્યુન કરેલા વિદ્યુત નેટવર્કનો ઉપયોગ કરીને માત્ર એક જ વાહકનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુત શક્તિનું પ્રસારણ કરવું શક્ય છે, જેમાં રીટર્ન વાયરની જરૂર નથી. આને "વળતર વિના એક વાયર દ્વારા વિદ્યુત ઊર્જાનું પ્રસારણ" તરીકે બોલવામાં આવતું હતું. નિકોલા ટેસ્લા, [https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uiug.30112109670726; દૃશ્ય = 1up; સેક્ = 157 ગ્રહો સાથે વાત કરવી]. કોલિયર્સ વીકલી, ફેબ્રુઆરી 19,1901, પૃષ્ઠ 4-5. "લગભગ દસ વર્ષ પહેલાં, મેં એ હકીકતને સ્વીકારી હતી કે વિદ્યુત પ્રવાહને દૂર સુધી પહોંચાડવા માટે રીટર્ન વાયરનો ઉપયોગ કરવો બિલકુલ જરૂરી ન હતો, પરંતુ એક જ વાયરનો ઉપયોગ કરીને કોઈપણ માત્રામાં ઊર્જા પ્રસારિત કરી શકાય છે. મેં આ સિદ્ધાંતને અસંખ્ય પ્રયોગો દ્વારા સચિત્ર કર્યો, જેણે તે સમયે વૈજ્ઞાનિક માણસોમાં નોંધપાત્ર ધ્યાન ખેંચ્યું હતું. 1891, 1892 અને 1893 માં કોલંબિયા કોલેજ, એન. વાય. સી., આઈ. ઈ. ઈ., લંડન, ફ્રેન્કલીન ઇન્સ્ટિટ્યૂટ, ફિલાડેલ્ફિયા અને નેશનલ ઇલેક્ટ્રિક લાઇટ એસોસિએશન, સેન્ટ લૂઇસ ખાતે એ. આઈ. ઈ. ઈ. સમક્ષ ઇલેક્ટ્રિકલ ઓસિલેટર સાથે પ્રદર્શન પ્રવચનોમાં દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે ઇલેક્ટ્રિક મોટર્સ અને સિંગલ-ટર્મિનલ અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવાઓ રીટર્ન વાયર વિના એક જ વાહક દ્વારા ચલાવી શકાય છે. દેખીતી રીતે સંપૂર્ણ સર્કિટનો અભાવ હોવા છતાં, આવી ટોપોલોજી અસરકારક રીતે લોડની સ્વ-ક્ષમતા અને પરોપજીવી capacitance.Experiments ના આધારે ઉચ્ચ સંભવિત અને ઉચ્ચ આવર્તનના વૈકલ્પિક પ્રવાહો, ઇન્સ્ટિટ્યુશન ઓફ ઇલેક્ટ્રિકલ એન્જિનિયર્સ એડ્રેસ, લંડન, ફેબ્રુઆરી 1892 દ્વારા વળતર સર્કિટ મેળવે છે. મશીનને "બર્નિંગ આઉટ" કરવાનો અંતિમ સંદર્ભ એ હતો કે યોગ્ય અવરોધ મેળ ખાતી મોટી શક્તિને પ્રસારિત કરવાની આવી પ્રણાલીની ક્ષમતા પર ભાર મૂકવો, જે વિદ્યુત પ્રતિધ્વનિ દ્વારા મેળવી શકાય છે. સિદ્ધાંત આ અવલોકનને ઘણી વખત ફરીથી શોધવામાં આવ્યું છે, અને ઉદાહરણ તરીકે, 1993ના પેટન્ટમાં તેનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે. આ અર્થમાં સિંગલ-વાયર ટ્રાન્સમિશન સીધા પ્રવાહનો ઉપયોગ કરીને શક્ય નથી અને પ્રમાણભૂત 50-60 Hz પાવર લાઇન આવર્તન જેવા ઓછી આવર્તન વૈકલ્પિક પ્રવાહો માટે સંપૂર્ણપણે અવ્યવહારુ છે. જો કે, ઘણી ઊંચી આવર્તન પર, રીટર્ન સર્કિટ (જે સામાન્ય રીતે બીજા વાયર દ્વારા જોડવામાં આવે છે) માટે મોટા વાહક પદાર્થના સ્વ-અને પરોપજીવી ક્ષમતાનો ઉપયોગ કરવો શક્ય છે, કદાચ પોતે જ ભારનું આવાસ. જો કે મોટી વસ્તુઓની સ્વ-ક્ષમતા પણ સામાન્ય શબ્દોમાં નાની હોય છે, જેમ કે ટેસ્લાએ પોતે પ્રશંસા કરી હતી કે પૂરતા પ્રમાણમાં મોટા ઇન્ડક્ટર (વપરાયેલી આવર્તનના આધારે) નો ઉપયોગ કરીને તે ક્ષમતાને પડઘો પાડવો શક્ય છે, આ કિસ્સામાં તે ક્ષમતાની મોટી પ્રતિક્રિયાને રદ કરવામાં આવે છે. આ અત્યંત ઊંચા વોલ્ટેજ સ્રોતની જરૂર વગર મોટા પ્રવાહને (અને ભારને પૂરી પાડવા માટે મોટી શક્તિ) વહેવા દે છે. પાવર ટ્રાન્સમિશનની આ પદ્ધતિ લાંબા સમયથી સમજવામાં આવી હોવા છતાં, તે સ્પષ્ટ નથી કે પાવર ટ્રાન્સમિશન માટે આ સિદ્ધાંતનો કોઈ વ્યાવસાયિક ઉપયોગ થયો છે કે કેમ. 1899ની શરૂઆતમાં, આર્નોલ્ડ સોમરફેલ્ડે એક પેપર પ્રકાશિત કર્યું હતું જેમાં સપાટીના તરંગ તરીકે રેડિયો આવર્તન ઊર્જાનો પ્રસાર કરવા માટે એક નળાકાર વાહક (વાયર) ના ઉપયોગની આગાહી કરવામાં આવી હતી. સોમરફેલ્ડનું "વાયર વેવ" પ્રચાર પદ્ધતિ તરીકે સૈદ્ધાંતિક રસ ધરાવતું હતું, પરંતુ આવા કોઈપણ પ્રયોગ માટે પૂરતા પ્રમાણમાં ઉચ્ચ રેડિયો ફ્રીક્વન્સીઝ પેદા કરવા માટે ટેકનોલોજી અસ્તિત્વમાં હતી તે દાયકાઓ પહેલાંની વાત છે, વ્યવહારુ ઉપયોગોની વાત તો છોડી દો. વધુ શું છે, સોલ્યુશનમાં (અથવા બહાર) ઊર્જાને જોડવાની વિચારણા કર્યા વિના અનંત ટ્રાન્સમિશન લાઇનનું વર્ણન કરવામાં આવ્યું છે. ખાસ વ્યવહારુ રસ, જોકે, કોએક્સિયલ કેબલના કેન્દ્ર વાહક તરીકે સમાન વાયરનો ઉપયોગ કરવાની સરખામણીમાં નોંધપાત્ર રીતે ઓછા સિગ્નલ એટેન્યુએશનની આગાહી હતી. વાયર દ્વારા ક્લાસિકલ પ્રવાહને કારણે પૂર્ણ પ્રસારિત શક્તિ હોવાની અગાઉની સમજૂતીથી વિપરીત, આ કિસ્સામાં વાહકમાં જ પ્રવાહો ખૂબ નાના હોય છે, જેમાં ઊર્જા વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ (રેડિયો તરંગ) ના સ્વરૂપમાં પ્રસારિત થાય છે. પરંતુ આ કિસ્સામાં, વાયરની હાજરી તે તરંગને દૂર ફેલાવવાને બદલે ભાર તરફ માર્ગદર્શન આપવાનું કામ કરે છે. કોક્સ (અથવા અન્ય બે-વાયર ટ્રાન્સમિશન લાઇનો) નો ઉપયોગ કરવાની સરખામણીમાં ઓહમિક નુકસાનમાં ઘટાડો એ ખાસ કરીને ઉચ્ચ આવર્તન પર એક ફાયદો છે જ્યાં આ નુકસાન ખૂબ મોટું થઈ જાય છે. વ્યવહારીક રીતે કહીએ તો, વાયરની આસપાસ ખૂબ જ વિસ્તૃત ક્ષેત્રની પેટર્નને કારણે માઇક્રોવેવ ફ્રીક્વન્સીની નીચે આ ટ્રાન્સમિશન મોડનો ઉપયોગ ખૂબ જ સમસ્યારૂપ છે. વાહકની સાથે સપાટીના તરંગ સાથે સંકળાયેલા ક્ષેત્રો ઘણા વાહક વ્યાસ માટે નોંધપાત્ર છે, તેથી આ પ્રદેશોમાં અજાણતાં હાજર ધાતુ અથવા ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી પણ સ્થિતિના પ્રસારને વિકૃત કરશે અને સામાન્ય રીતે પ્રસારના નુકસાનમાં વધારો કરશે. ત્રાંસા દિશામાં આ પરિમાણ માટે કોઈ તરંગલંબાઇ અવલંબન નથી, તેમ છતાં પ્રસારની દિશામાં પ્રસાર સ્થિતિને સંપૂર્ણ રીતે ટેકો આપવા માટે વાહકની લંબાઈનું ઓછામાં ઓછું અડધું તરંગ હોવું જરૂરી છે. આ કારણોસર, અને લગભગ 1950 પહેલાં ઉપલબ્ધ આવર્તન પર, આવા પ્રસારણના વ્યવહારુ ગેરફાયદા વાયરની મર્યાદિત વાહકતાને કારણે ઘટાડેલા નુકસાન કરતાં સંપૂર્ણપણે વધુ હતા. ગૌબાઉ રેખા 1950 માં જ્યોર્જ ગૌબાઉએ સોમરફેલ્ડની તારની સાથે સપાટીના તરંગ મોડની શોધની ફરી મુલાકાત લીધી, પરંતુ તેની કાર્યદક્ષતા વધારવાના ઉદ્દેશ સાથે. એક મુખ્ય ધ્યેય વાહકની આસપાસના ક્ષેત્રોની હદ ઘટાડવાનો હતો જેથી આવા વાયરને ગેરવાજબી રીતે મોટા ક્લિઅરન્સની જરૂર ન પડે. બીજી સમસ્યા એ હતી કે સોમરફેલ્ડનું તરંગ પ્રકાશની ગતિએ બરાબર પ્રસરે છે (અથવા હવાથી ઘેરાયેલા તાર માટે હવામાં પ્રકાશની થોડી ઓછી ગતિ). તેનો અર્થ એ થયો કે ત્યાં કિરણોત્સર્ગનું નુકસાન થશે. સીધો વાયર લાંબા વાયર એન્ટેના તરીકે કામ કરે છે, જે માર્ગદર્શિત સ્થિતિમાંથી વિકિરિત શક્તિને લૂંટી લે છે. જો પ્રસરણ વેગ પ્રકાશની ગતિથી ઓછો કરી શકાય તો આસપાસના ક્ષેત્રો ક્ષીણ થઈ જાય છે અને આમ વાયરની આસપાસના વિસ્તારમાંથી ઊર્જાનો પ્રસાર કરવામાં અસમર્થ હોય છે. ગૌબાઉએ વાયરની ફાયદાકારક અસરની તપાસ કરી જેની સપાટી સંરચિત છે (ચોક્કસ નળાકારને બદલે) જેમ કે થ્રેડેડ વાયરનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવશે. વધુ નોંધપાત્ર રીતે, ગૌબાઉએ વાયરની આસપાસ ડાઇલેક્ટ્રિક સ્તરનો ઉપયોગ કરવાની દરખાસ્ત કરી હતી. ડાઇલેક્ટ્રિકનું પાતળું સ્તર (તરંગલંબાઇને સંબંધિત) પણ પ્રકાશની ગતિથી પૂરતા પ્રમાણમાં નીચે પ્રસરણ વેગને ઘટાડશે, લાંબા સીધા તારની સપાટી પર સપાટીના તરંગોમાંથી કિરણોત્સર્ગના નુકસાનને દૂર કરશે. આ ફેરફારની અસર વાયરની આસપાસના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોના પદચિહ્નને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડવાની પણ હતી, જે અન્ય વ્યવહારુ ચિંતાને સંબોધિત કરે છે. છેવટે, ગૌબાઉએ આવી ટ્રાન્સમિશન લાઇનમાંથી વિદ્યુત ઊર્જા શરૂ કરવા (અને પ્રાપ્ત કરવા) માટેની પદ્ધતિની શોધ કરી. પેટન્ટ કરાયેલ ગૌબાઉ લાઇન (અથવા "જી-લાઇન") માં ડાઇલેક્ટ્રિક સામગ્રી સાથે કોટેડ એક જ વાહકનો સમાવેશ થાય છે. દરેક છેડે એક વિશાળ ડિસ્ક હોય છે, જેમાં મધ્યમાં એક છિદ્ર હોય છે, જેમાંથી ટ્રાન્સમિશન લાઇન પસાર થાય છે. ડિસ્ક શંકુનો આધાર હોઈ શકે છે, તેનો સાંકડો છેડો સામાન્ય રીતે કોએક્સિયલ ફીડ લાઇનની ઢાલ સાથે જોડાયેલ હોય છે, અને ટ્રાન્સમિશન લાઇન પોતે કોક્સના કેન્દ્ર વાહક સાથે જોડાય છે. ગૌબાઉની ડિઝાઇનમાં આસપાસના ક્ષેત્રોની ઓછી હદ હોવા છતાં, આવા ઉપકરણ માત્ર યુ. એચ. એફ. આવર્તન અને તેનાથી ઉપર જ વ્યવહારુ બને છે. ટેરાહર્ટ્ઝ આવર્તન પર ટેકનોલોજીકલ વિકાસ સાથે, જ્યાં ધાતુના નુકસાન હજુ વધારે છે, સપાટીના તરંગો અને ગૌબાઉ રેખાઓનો ઉપયોગ કરીને પ્રસારણનો ઉપયોગ આશાસ્પદ લાગે છે. 2003 થી 2008 સુધી ઇ-લાઇન પેટન્ટ સોમરફેલ્ડના મૂળ બેર (અનકોટેડ) વાયરનો ઉપયોગ કરીને સિસ્ટમ માટે દાખલ કરવામાં આવી હતી, પરંતુ ગૌબાઉ દ્વારા વિકસિત સમાન લોન્ચરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. તેને 2009 સુધી "ઇ-લાઇન" નામ હેઠળ પ્રોત્સાહન આપવામાં આવ્યું હતું. આ રેખા સંપૂર્ણપણે બિન-કિરણોત્સર્ગી હોવાનો દાવો કરવામાં આવે છે, જે અગાઉ અવગણવામાં આવેલા ત્રાંસી-ચુંબકીય (TM) તરંગ દ્વારા ઊર્જાનો પ્રસાર કરે છે. ઉદ્દેશિત એપ્લિકેશન સંચાર હેતુઓ માટે હાલની પાવર લાઇનોનો ઉપયોગ કરતી ઉચ્ચ માહિતી દર ચેનલો છે. પાવર લાઇન કોમ્યુનિકેશન સિંગલ-એન્ડેડ સિગ્નલિંગ સિંગલ-વાયર અર્થ રીટર્ન સરફેસ વેવ રેફરન્સ પાવર કેબલ્સ ઇલેક્ટ્રિક પાવર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન પણ જુઓ.