Single-wire transmission line
एकल तार संचरण लाइन (या एकल तार विधि) केवल एक विद्युत चालक का उपयोग करके विद्युत शक्ति या संकेतों को संचारित करने की एक विधि है। यह एक पूर्ण परिपथ प्रदान करने वाले तारों की एक जोड़ी के सामान्य उपयोग के विपरीत है, या एक विद्युत केबल जिसमें इसी तरह उस उद्देश्य के लिए (कम से कम) दो कंडक्टर होते हैं। एकल-तार संचरण लाइन एकल-तार पृथ्वी वापसी प्रणाली के समान नहीं है, जो इस लेख में शामिल नहीं है। बाद की प्रणाली जमीन के माध्यम से एक वापसी धारा पर निर्भर करती है, जिसमें पृथ्वी को ग्राउंड टर्मिनल इलेक्ट्रोड के बीच दूसरे कंडक्टर के रूप में उपयोग किया जाता है। एकल-तार संचरण लाइन में किसी भी रूप का दूसरा संवाहक नहीं होता है। इतिहास 1780 के दशक की शुरुआत में लुइगी गैल्वानी ने पहली बार मेंढक के पैरों को हिलाने में स्थिर बिजली के प्रभाव को देखा, और एक पूर्ण परिपथ से जुड़े मेंढक के साथ कुछ धातु संपर्कों के कारण उत्पन्न होने वाले समान प्रभाव को देखा। बाद के प्रभाव को एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा एक विद्युत प्रवाह के रूप में सही ढंग से समझा गया था जो अनजाने में एक वोल्टाइक सेल (बैटरी) के रूप में जाना जाएगा। वे समझ गए कि इस तरह के प्रवाह के लिए बिजली का संचालन करने के लिए एक पूर्ण परिपथ की आवश्यकता होती है, भले ही विद्युत प्रवाह की वास्तविक प्रकृति को बिल्कुल भी समझा नहीं गया था (केवल एक सदी बाद इलेक्ट्रॉन की खोज की जाएगी)। विद्युत मोटरों, रोशनी आदि के सभी बाद के विकास। यह एक पूर्ण परिपथ के सिद्धांत पर निर्भर करता था, जिसमें आम तौर पर तारों की एक जोड़ी शामिल होती थी, लेकिन कभी-कभी जमीन को दूसरे संवाहक के रूप में उपयोग किया जाता था (वाणिज्यिक तारांकन के साथ)। 19वीं शताब्दी के अंत में, निकोला टेस्ला ने प्रदर्शित किया कि अनुनाद के लिए ट्यून किए गए एक विद्युत नेटवर्क का उपयोग करके केवल एक ही कंडक्टर का उपयोग करके विद्युत शक्ति संचारित करना संभव था, जिसमें वापसी तार की कोई आवश्यकता नहीं थी। इसे "बिना वापसी के एक तार के माध्यम से विद्युत ऊर्जा के संचरण" के रूप में कहा जाता था। निकोला टेस्ला, [https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id=uiug.30112109670726; व्यू = 1अप; सेक् = 157 ग्रहों के साथ बात करना]। कोलीयर्स वीकली, 19 फरवरी 1901, पृष्ठ 4-5। "लगभग दस साल पहले, मैंने इस तथ्य को पहचाना कि बिजली की धाराओं को दूर तक ले जाने के लिए वापसी तार का उपयोग करना बिल्कुल भी आवश्यक नहीं था, बल्कि एक तार का उपयोग करके किसी भी मात्रा में ऊर्जा संचारित की जा सकती थी। मैंने इस सिद्धांत को कई प्रयोगों द्वारा चित्रित किया, जिसने उस समय वैज्ञानिक पुरुषों के बीच काफी ध्यान आकर्षित किया। 1891, 1892 और 1893 में कोलंबिया कॉलेज, एन. वाई. सी., आई. ई. ई., लंदन, फ्रैंकलिन इंस्टीट्यूट, फिलाडेल्फिया और नेशनल इलेक्ट्रिक लाइट एसोसिएशन, सेंट लुइस में ए. आई. ई. ई. से पहले इलेक्ट्रिकल ऑसिलेटर के साथ प्रदर्शन व्याख्यानों में यह दिखाया गया था कि इलेक्ट्रिक मोटर्स और सिंगल-टर्मिनल गरमागरम लैंप को बिना रिटर्न वायर के एकल कंडक्टर के माध्यम से संचालित किया जा सकता है। हालांकि स्पष्ट रूप से एक पूर्ण परिपथ का अभाव है, इस तरह की टोपोलॉजी प्रभावी रूप से लोड की आत्म-क्षमता और उच्च क्षमता और उच्च आवृत्ति के वैकल्पिक प्रवाह, इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल इंजीनियर्स एड्रेस, लंदन, फरवरी 1892 के साथ परजीवी capacitance.Experiments के आधार पर एक वापसी परिपथ प्राप्त करती है। एक मशीन को "जलाने" का अंतिम संदर्भ एक उचित प्रतिबाधा मिलान को देखते हुए एक बड़ी शक्ति संचारित करने की ऐसी प्रणाली की क्षमता पर जोर देना था, जिसे विद्युत अनुनाद 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 वर्णित किया गया है। इस अर्थ में एकल-तार संचरण प्रत्यक्ष धारा का उपयोग करके संभव नहीं है और मानक 50-60 Hz बिजली लाइन आवृत्तियों जैसी कम आवृत्ति वैकल्पिक धाराओं के लिए पूरी तरह से अव्यावहारिक है। हालाँकि, बहुत अधिक आवृत्तियों पर, वापसी परिपथ (जो आम तौर पर एक दूसरे तार के माध्यम से जुड़ा होगा) के लिए एक बड़ी प्रवाहकीय वस्तु के स्व-और परजीवी धारिता का उपयोग करना संभव है, शायद स्वयं भार का आवास। यद्यपि बड़ी वस्तुओं की भी स्व-क्षमता सामान्य शब्दों में छोटी होती है, जैसा कि टेस्ला ने स्वयं सराहना की है कि पर्याप्त रूप से बड़े प्रेरक (उपयोग की गई आवृत्ति के आधार पर) का उपयोग करके उस क्षमता को प्रतिध्वनित करना संभव है, इस स्थिति में उस क्षमता की बड़ी प्रतिक्रिया को रद्द कर दिया जाता है। यह एक अत्यधिक उच्च वोल्टेज स्रोत की आवश्यकता के बिना एक बड़ी धारा (और भार को आपूर्ति करने के लिए एक बड़ी शक्ति) को प्रवाहित करने की अनुमति देता है। हालाँकि बिजली संचरण की इस विधि को लंबे समय से समझा गया है, लेकिन यह स्पष्ट नहीं है कि बिजली संचरण के लिए इस सिद्धांत का कोई व्यावसायिक अनुप्रयोग हुआ है या नहीं। 1899 की शुरुआत में, अर्नोल्ड सॉमरफेल्ड ने एक पेपर प्रकाशित किया जिसमें सतह तरंग के रूप में रेडियो आवृत्ति ऊर्जा का प्रसार करने के लिए एकल बेलनाकार कंडक्टर (तार) के उपयोग की भविष्यवाणी की गई थी। सोमरफेल्ड की "तार तरंग" एक प्रसार मोड के रूप में सैद्धांतिक रुचि की थी, लेकिन यह ऐसे किसी भी प्रयोग के लिए पर्याप्त उच्च रेडियो आवृत्तियों के उत्पादन के लिए प्रौद्योगिकी के अस्तित्व से दशकों पहले था, व्यावहारिक अनुप्रयोगों की तो बात ही छोड़िए। इसके अलावा, समाधान ने एक अनंत संचरण रेखा का वर्णन किया, जिसमें ऊर्जा को (या उससे बाहर) जोड़े जाने पर विचार किए बिना। विशेष व्यावहारिक रुचि, हालांकि, एक समाक्षीय केबल के केंद्र कंडक्टर के रूप में एक ही तार का उपयोग करने की तुलना में काफी कम संकेत क्षीणन की भविष्यवाणी थी। पूर्ण संचारित शक्ति के एक तार के माध्यम से एक शास्त्रीय प्रवाह के कारण होने की पिछली व्याख्या के विपरीत, इस मामले में चालक में धाराएं स्वयं बहुत छोटी होती हैं, जिसमें ऊर्जा एक विद्युत चुम्बकीय तरंग (रेडियो तरंग) के रूप में संचारित होती है। लेकिन इस मामले में, तार की उपस्थिति उस तरंग को दूर विकिरण करने के बजाय भार की ओर निर्देशित करने का कार्य करती है। कोएक्स (या अन्य दो-तार संचरण लाइनों) का उपयोग करने की तुलना में ओहमिक नुकसान में कमी विशेष रूप से उच्च आवृत्तियों पर एक लाभ 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 संचरण मोड का उपयोग बहुत समस्याग्रस्त है। संवाहक के साथ सतह तरंग से जुड़े क्षेत्र कई संवाहक व्यास के लिए महत्वपूर्ण हैं, इसलिए इन क्षेत्रों में अनजाने में मौजूद धातु या यहां तक कि परावैद्युत पदार्थ भी मोड के प्रसार को विकृत कर देंगे और आमतौर पर प्रसार हानि को बढ़ा देंगे। यद्यपि अनुप्रस्थ दिशा में इस आयाम के लिए कोई तरंग दैर्ध्य निर्भरता नहीं है, प्रसार की दिशा में प्रसार मोड को पूरी तरह से समर्थन देने के लिए चालक की लंबाई की न्यूनतम आधी लहर होना आवश्यक है। इन कारणों से, और लगभग 1950 से पहले उपलब्ध आवृत्तियों पर, इस तरह के संचरण के व्यावहारिक नुकसान तार की सीमित चालकता के कारण कम हुए नुकसान से पूरी तरह से अधिक थे। 1950 में जॉर्ज गौबाउ ने सोमरफेल्ड की एक तार के साथ एक सतह तरंग मोड की खोज पर फिर से विचार किया, लेकिन इसकी व्यावहारिकता बढ़ाने के इरादे से। एक प्रमुख लक्ष्य कंडक्टर के आसपास के क्षेत्रों की सीमा को कम करना था ताकि इस तरह के तार को अनुचित रूप से बड़ी निकासी की आवश्यकता न हो। एक अन्य समस्या यह थी कि सोमरफेल्ड की तरंग प्रकाश की गति (या हवा में प्रकाश की थोड़ी कम गति, हवा से घिरे तार के लिए) पर बिल्कुल फैलती थी। इसका मतलब था कि विकिरण हानि होगी। सीधा तार एक लंबे तार एंटीना 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 क्षीण हो जाते हैं, और इस प्रकार वे तार के आसपास के क्षेत्र से ऊर्जा का प्रसार करने में असमर्थ होते हैं। गौबाऊ ने एक तार के लाभकारी प्रभाव की जांच की जिसकी सतह संरचित है (एक सटीक सिलेंडर के बजाय) जैसे कि एक धागे वाले तार का उपयोग करके प्राप्त किया जाएगा। अधिक महत्वपूर्ण रूप से, गौबाऊ ने तार के चारों ओर एक अस्तरक परत के अनुप्रयोग का प्रस्ताव रखा। यहां तक कि एक परावैद्युत की एक पतली परत (तरंग दैर्ध्य के सापेक्ष) भी प्रकाश की गति से काफी नीचे प्रसार वेग को कम कर देगी, जिससे एक लंबे सीधे तार की सतह के साथ सतह की लहर से विकिरण हानि समाप्त हो जाएगी। इस संशोधन का प्रभाव तार के आसपास के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के पदचिह्न को बहुत कम करने का भी था, जो अन्य व्यावहारिक चिंता को संबोधित करता था। अंत में, गौबाऊ ने इस तरह की संचरण लाइन से विद्युत ऊर्जा को प्रक्षेपित करने (और प्राप्त करने) के लिए एक विधि का आविष्कार किया। पेटेंट प्राप्त गौबाउ लाइन (या "जी-लाइन") में परावैद्युत सामग्री के साथ लेपित एक एकल चालक होता है। प्रत्येक छोर पर एक चौड़ी डिस्क होती है जिसके केंद्र में एक छेद होता है जिससे संचरण रेखा गुजरती है। डिस्क एक शंकु का आधार हो सकता है, जिसका संकीर्ण छोर आमतौर पर समाक्षीय फ़ीड लाइन की ढाल से जुड़ा होता है, और संचरण लाइन स्वयं समाक्षीय के केंद्र कंडक्टर से जुड़ती है। गौबाऊ के डिजाइन में आसपास के क्षेत्रों की कम सीमा के बावजूद, ऐसा उपकरण केवल यू. एच. एफ. आवृत्तियों और उससे अधिक पर ही व्यावहारिक हो जाता है। टेराहर्ट्ज़ आवृत्तियों पर तकनीकी विकास के साथ, जहां धातु की हानि अभी भी अधिक है, सतह तरंगों और गौबाऊ रेखाओं का उपयोग करके संचरण का उपयोग आशाजनक प्रतीत होता है। ई-लाइन 2003 से 2008 तक सोमरफेल्ड के मूल बेयर (अनकोटेड) तार का उपयोग करके एक प्रणाली के लिए पेटेंट दायर किए गए थे, लेकिन गौबाउ द्वारा विकसित किए गए लॉन्चर के समान एक लॉन्चर को नियोजित किया गया था। इसे 2009 तक "ई-लाइन" के नाम से प्रचारित किया गया था। यह रेखा पूरी तरह से गैर-विकिरण होने का दावा करती है, जो पहले से उपेक्षित अनुप्रस्थ-चुंबकीय (टी. एम.) तरंग द्वारा ऊर्जा का प्रसार करती है। अभिप्रेत अनुप्रयोग संचार उद्देश्यों के लिए मौजूदा बिजली लाइनों का उपयोग करने वाले उच्च सूचना दर वाले चैनल हैं। यह भी देखें बिजली लाइन संचार एकल-अंत संकेत एकल-तार पृथ्वी वापसी सतह तरंग संदर्भ बिजली केबल बिजली वितरण