Ground dipole
ریڈیو مواصلات میں، گراؤنڈ ڈایپول، جسے ارتھ ڈایپول اینٹینا، ٹرانسمیشن لائن اینٹینا، اور تکنیکی ادب میں افقی برقی ڈایپول (ایچ ای ڈی) بھی کہا جاتا ہے، ایک بہت بڑا، خاص قسم کا ریڈیو اینٹینا ہے جو انتہائی کم تعدد (ای ایل ایف) برقی مقناطیسی لہروں کو خارج کرتا ہے۔ یہ ٹرانسمیٹنگ اینٹینا کی واحد قسم ہے جو 3 ہرٹز سے 3 کلو ہرٹز کی فریکوئنسی رینج میں طاقت کی عملی مقدار کو خارج کر سکتی ہے، جسے عام طور پر ای ایل ایف لہریں کہا جاتا ہے۔ گراؤنڈ ڈائپول زمین میں دفن دو زمینی الیکٹروڈ پر مشتمل ہوتا ہے، جو دسیوں سے سینکڑوں کلومیٹر کے فاصلے پر ہوتا ہے، جو اوور ہیڈ ٹرانسمیشن لائنوں کے ذریعے ان کے درمیان واقع پاور پلانٹ ٹرانسمیٹر سے منسلک ہوتا ہے۔ متبادل موجودہ بجلی زمین کے ذریعے الیکٹروڈ کے درمیان ایک دیوہیکل لوپ میں بہتی ہے، جو ای ایل ایف لہروں کو خارج کرتی ہے، لہذا زمین اینٹینا کا حصہ ہے۔ سب سے زیادہ موثر ہونے کے لیے، زمینی دو قطبوں کو مخصوص قسم کی زیر زمین چٹانوں کی تشکیل پر واقع ہونا چاہیے۔ یہ خیال امریکی محکمہ نے پیش کیا تھا۔ 1959 میں دفاعی طبیعیات دان نکولس کرسٹوفیلوس۔ اگرچہ چھوٹے زمینی ڈائپول سالوں سے ارضیاتی اور جیو فزیکل تحقیق میں سینسر کے طور پر استعمال ہوتے رہے ہیں، لیکن ان کا استعمال اینٹینا کے طور پر صرف چند فوجی ای ایل ایف ٹرانسمیٹر سہولیات میں زیر آب آب آبدوزوں کے ساتھ بات چیت کے لیے کیا جاتا رہا ہے۔ چھوٹے تحقیقی اور تجرباتی اینٹینا کے علاوہ، چار مکمل پیمانے پر زمینی دو قطبی تنصیبات تعمیر کیے جانے کے بارے میں جانا جاتا ہے۔ دو امریکی بحریہ کے ذریعے ریپبلک، مشی گن اور کلیم لیک، وسکونسن میں، ایک روسی بحریہ کے ذریعے جزیرہ نما کولا پر مرمانسک، روس کے قریب، اور ایک ہندوستان میں آئی این ایس کٹابومن بحری اڈے پر۔ امریکی تنصیبات 1985 اور 2004 کے درمیان استعمال کی گئیں لیکن اب انہیں ختم کر دیا گیا ہے۔ ای ایل ایف تعدد پر اینٹینا اگرچہ انتہائی کم تعدد کی سرکاری آئی ٹی یو تعریف 3 ہرٹز سے 30 ہرٹز ہے، لیکن تعدد کا وسیع بینڈ 3 ہرٹز سے 3 کلو ہرٹز ہے جس کی طول موج 100,000 کلومیٹر سے 100 کلومیٹر تک ہے۔ یہ ای ایل ایف مواصلات کے لیے استعمال ہوتا ہے اور اسے عام طور پر ای ایل ایف لہریں کہا جاتا ہے۔ امریکی اور روسی ٹرانسمیٹر میں استعمال ہونے والی تعدد، تقریبا 80 ہرٹز، 3750 کلومیٹر (2300 میل) لمبی لہریں پیدا کرتی ہے، جو زمین کے قطر کا تقریبا ایک چوتھائی حصہ ہے۔ اتنی لمبی لہروں کے لیے موثر اینٹینا بنانے میں دشواری کی وجہ سے ای ایل ایف لہروں کا استعمال بہت کم انسان ساختہ مواصلاتی نظاموں میں کیا گیا ہے۔ ان کے سائز کی وجہ سے ایسی انتہائی لمبی لہروں کے لیے عام قسم کے اینٹینا (ہاف ویو ڈائپولز اور کوارٹر ویو مونوپولز) نہیں بنائے جا سکتے۔ 80 ہرٹز کے لیے نصف لہر کا دو قطعہ 1162 میل لمبا ہوگا۔ لہذا ای ایل ایف تعدد کے لیے سب سے بڑے عملی اینٹینا بھی برقی طور پر بہت چھوٹے ہوتے ہیں، جو ان کی تابکاری لہروں کی طول موج سے بہت چھوٹے ہوتے ہیں۔ اس کا نقصان یہ ہے کہ اینٹینا کی کارکردگی کم ہو جاتی ہے کیونکہ اس کا سائز طول موج سے کم ہو جاتا ہے۔ اینٹینا کی تابکاری مزاحمت، اور اس کی تابکاری کی مقدار، اس کی لمبائی اور طول موج کے متناسب ہوتی ہے۔ لہذا یہاں تک کہ جسمانی طور پر بڑے ای ایل ایف اینٹینا میں تابکاری کی مزاحمت بہت کم ہوتی ہے، اور اس طرح ان پٹ پاور کا صرف ایک چھوٹا سا حصہ ای ایل ایف لہروں کے طور پر خارج ہوتا ہے۔ ان پر لاگو ہونے والی زیادہ تر طاقت اینٹینا میں مختلف اوہمک مزاحمت میں حرارت کے طور پر ختم ہو جاتی ہے۔ ای ایل ایف اینٹینا دسیوں سے سیکڑوں کلومیٹر لمبے ہونے چاہئیں، اور ای ایل ایف تابکاری کے چند واٹ بھی پیدا کرنے کے لیے میگاواٹ کی حد میں طاقتور ٹرانسمیٹر کے ذریعے چلائے جانے چاہئیں۔ خوش قسمتی سے، فاصلے کے ساتھ ای ایل ایف لہروں کی تخفیف اتنی کم ہے (1-2 ڈی بی فی 1000 کلومیٹر) کہ چند واٹ تابکار طاقت دنیا بھر میں بات چیت کرنے کے لیے کافی ہے۔ دوسرا مسئلہ لہروں کے مطلوبہ پولرائزیشن سے پیدا ہوتا ہے۔ ای ایل ایف لہریں صرف عمودی پولرائزیشن میں طویل فاصلے کو پھیلاتی ہیں، مقناطیسی میدان کی لکیروں کی سمت افقی اور برقی میدان کی لکیروں عمودی ہوتی ہیں۔ عمودی طور پر پولرائزڈ لہریں پیدا کرنے کے لیے عمودی طور پر مبنی اینٹینا درکار ہوتے ہیں۔ یہاں تک کہ اگر زمین کی سطح پر کافی بڑے روایتی اینٹینا بنائے جا سکتے ہیں، تو یہ افقی طور پر پولرائزڈ لہریں پیدا کریں گے، عمودی طور پر پولرائزڈ نہیں۔ سب میرینز جب ڈوب جاتی ہیں تو انہیں سمندری پانی کے ذریعے تمام عام ریڈیو سگنلز سے بچایا جاتا ہے، اور اس وجہ سے فوجی کمان کے حکام کے ساتھ رابطے منقطع ہو جاتے ہیں۔ وی ایل ایف ریڈیو لہریں سمندری پانی میں 50-75 فٹ گھس سکتی ہیں اور دوسری جنگ عظیم کے بعد سے آبدوزوں کے ساتھ بات چیت کے لیے استعمال ہوتی رہی ہیں، لیکن آبدوز کو سطح کے قریب اٹھنا پڑتا ہے، جس سے اس کا پتہ لگانے کا خطرہ ہوتا ہے۔ 1958 میں، یہ احساس کہ ای ایل ایف لہریں سمندری پانی میں گہری گھس سکتی ہیں، عام آبدوز آپریٹنگ گہرائی تک، امریکی طبیعیات دان نکولس کرسٹوفیلوس کو یہ تجویز کرنے پر مجبور کیا کہ امریکی بحریہ انہیں آبدوزوں کے ساتھ بات چیت کرنے کے لیے استعمال کرتی ہے۔ امریکی فوج نے ای ایل ایف تعدد پر استعمال کے لیے بہت سی مختلف اقسام کے اینٹینا پر تحقیق کی۔ کرسٹوفیلوس نے عمودی لوپ اینٹینا بنانے کے لیے زمین پر کرنٹ لگانے کی تجویز پیش کی، اور یہ واضح ہو گیا کہ یہ سب سے زیادہ عملی ڈیزائن تھا۔ گراؤنڈ ڈائپول آئیڈیا کی فزیبلٹی کا تجربہ 1962 میں وومنگ میں 42 کلومیٹر لیز پر دی گئی پاور لائن کے ساتھ کیا گیا تھا، اور 1963 میں مغربی ورجینیا سے شمالی کیرولائنا تک پھیلے ہوئے 176 کلومیٹر پروٹو ٹائپ تار اینٹینا کے ساتھ کیا گیا تھا۔ گراؤنڈ ڈایپول کیسے کام کرتا ہے ایک گراؤنڈ ڈایپول ایک بہت بڑے عمودی طور پر مبنی لوپ اینٹینا کے طور پر کام کرتا ہے (دائیں طرف ڈرائنگ دیکھیں)۔ یہ دو وسیع پیمانے پر الگ الگ الیکٹروڈ پر مشتمل ہوتا ہے جو زمین میں دفن ہوتے ہیں، جو اوور ہیڈ ٹرانسمیشن کیبلز کے ذریعے ان کے درمیان واقع ٹرانسمیٹر سے جڑے ہوتے ہیں۔ ٹرانسمیٹر سے متبادل کرنٹ ایک لوپ میں ایک ٹرانسمیشن لائن کے ذریعے سفر کرتا ہے، ایک زمینی الیکٹروڈ سے دوسرے تک بیڈ راک میں کلومیٹر گہرائی میں، اور دوسری ٹرانسمیشن لائن کے ذریعے واپس آتا ہے۔ یہ لوپ کے ذریعے ایک متبادل مقناطیسی میدان پیدا کرتا ہے، جو ای ایل ایف لہروں کو خارج کرتا ہے۔ ان کی کم تعدد کی وجہ سے، ای ایل ایف لہروں کی جلد کی گہرائی بہت زیادہ ہوتی ہے اور وہ زمین کے ذریعے کافی فاصلے تک گھس سکتی ہیں، اس لیے اس بات سے کوئی فرق نہیں پڑتا کہ آدھا اینٹینا زمین کے نیچے ہے۔ پیدا ہونے والے مقناطیسی میدان کا محور افقی ہوتا ہے، لہذا یہ عمودی طور پر پولرائزڈ لہریں پیدا کرتا ہے۔ اینٹینا کا تابکاری کا نمونہ دشاتمک، ایک دو قطبی نمونہ ہے، جس میں ٹرانسمیشن لائنوں کے سروں سے دور لوپ کے جہاز میں دو لوبز (زیادہ سے زیادہ) ہوتے ہیں۔ امریکی تنصیبات میں دو گراؤنڈ ڈائپولز استعمال کیے جاتے ہیں، جو ایک دوسرے پر عمودی ہوتے ہیں، تاکہ اینٹینا میں کرنٹس کے متعلقہ مرحلے کو تبدیل کرکے بیم کو کسی بھی سمت میں چلایا جا سکے۔ لوپ اینٹینا کے ذریعے خارج ہونے والی طاقت کی مقدار متناسب ہوتی ہے، جہاں لوپ میں کرنٹ ہے اور علاقہ منسلک ہے، ای ایل ایف تعدد پر عملی طاقت کو خارج کرنے کے لیے، لوپ کو سینکڑوں ایمپیرز کا کرنٹ لے کر جانا پڑتا ہے اور کم از کم کئی مربع میل کے رقبے کو گھیرنا پڑتا ہے۔ کرسٹوفیلوس نے پایا کہ بنیادی چٹان کی برقی چالکتا جتنی کم ہوگی، کرنٹ اتنا ہی گہرا جائے گا، اور موثر لوپ کا رقبہ اتنا ہی بڑا ہوگا۔ ریڈیو فریکوئنسی کرنٹ زمین میں اس فریکوئنسی پر زمین کی جلد کی گہرائی کے برابر گہرائی تک گھس جائے گا، جو زمینی چالکتا کے مربع جڑ کے الٹا متناسب ہے۔ گراؤنڈ ڈائپول مؤثر رقبے کے ساتھ ایک لوپ بناتا ہے، جہاں ٹرانسمیشن لائنوں کی کل لمبائی ہوتی ہے اور جلد کی گہرائی ہوتی ہے۔ اس طرح، زمین کے دو قطبوں کو کم چالکتا والی زیر زمین چٹانوں کی تشکیل پر رکھا جاتا ہے (یہ عام ریڈیو اینٹینا سے متصادم ہے، جن کے ٹرانسمیٹرز کے لیے کم مزاحمت والے زمینی کنکشن کے لیے زمین کی اچھی چالکتا کی ضرورت ہوتی ہے)۔ امریکی بحریہ کے دو اینٹینا مشی گن کے بالائی جزیرہ نما میں، کینیڈین شیلڈ (لارنٹین شیلڈ) کی تشکیل پر واقع تھے، جس میں 2 × 10−4 سیمنز/میٹر کی غیر معمولی طور پر کم چالکتا ہوتی ہے جس کے نتیجے میں اینٹینا کی کارکردگی میں 20 ڈی بی کا اضافہ ہوتا ہے۔ روسی ٹرانسمیٹر کی جگہ پر زمین کی چالکتا اور بھی کم ہے۔ شہری ایپلی کیشنز کی کمی کی وجہ سے، اینٹینا تکنیکی ادب میں زمینی ڈائپولز کے بارے میں بہت کم معلومات دستیاب ہیں۔ ابتدائی طور پر کئی بڑے نظاموں (پروجیکٹ سینگوائن) پر غور کرنے کے بعد، امریکی بحریہ نے دو ای ایل ایف ٹرانسمیٹر سہولیات تعمیر کیں، ایک کلیم لیک، وسکونسن میں اور دوسری ریپبلک، مشی گن میں، 145 میل کے فاصلے پر، 76 ہرٹز پر منتقل ہوتی ہے۔ وہ آزادانہ طور پر کام کر سکتے ہیں، یا زیادہ آؤٹ پٹ پاور کے لیے ایک اینٹینا کے طور پر فیز سنکرونائز کر سکتے ہیں۔ کلیم لیک سائٹ، ابتدائی ٹیسٹ کی سہولت، نے اپنا پہلا سگنل 1982 میں منتقل کیا اور 1985 میں کام شروع کیا، جبکہ ریپبلک سائٹ 1989 میں کام کرنے لگی۔ 2. 6 میگاواٹ کی ان پٹ پاور کے ساتھ، ایک ساتھ کام کرنے والی دونوں سائٹس کی کل ریڈی ایٹڈ ای ایل ایف آؤٹ پٹ پاور 8 واٹ تھی۔ تاہم، ای ایل ایف لہروں کی کم تخفیف کی وجہ سے یہ چھوٹی تابکاری طاقت زمین کی تقریبا نصف سطح پر آبدوزوں کے ساتھ بات چیت کرنے کے قابل تھی۔ دونوں ٹرانسمیٹر 2004 میں بند کر دیے گئے تھے۔ بحریہ کی سرکاری وضاحت یہ تھی کہ وی ایل ایف مواصلاتی نظاموں میں پیشرفت نے انہیں غیر ضروری بنا دیا تھا۔ روسی بحریہ کے زیڈ ای وی ایس اینٹینا روسی بحریہ ایک ای ایل ایف ٹرانسمیٹر کی سہولت چلاتی ہے، جس کا نام زیڈ ای وی ایس ("زیوس") ہے، جو اپنی آبدوزوں کے ساتھ بات چیت کرنے کے لیے ہے، جو شمالی روس میں جزیرہ نما کولا پر مرمانسک سے 30 کلومیٹر جنوب مشرق میں واقع ہے۔ اس کے اشارے 1990 کی دہائی میں اسٹینفورڈ یونیورسٹی اور دوسری جگہوں پر پائے گئے تھے۔ یہ عام طور پر ایم ایس کے (کم از کم شفٹ کیئنگ) ماڈیولیشن کا استعمال کرتے ہوئے 82 ہرٹز پر کام کرتا ہے۔ اگرچہ یہ مبینہ طور پر 20 سے 250 ہرٹز تک فریکوئنسی رینج کا احاطہ کر سکتا ہے۔ یہ مبینہ طور پر 60 کلومیٹر لمبے دو متوازی زمینی دو قطبی اینٹینا پر مشتمل ہے، جو 200-300 ایمپیرز کے دھاروں پر چلتے ہیں۔ انٹرسیپٹڈ سگنلز کے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ یہ امریکی ٹرانسمیٹر سے 10 ڈی بی زیادہ طاقتور ہے۔ ان کے برعکس یہ فوجی مواصلات کے علاوہ جیو فزیکل تحقیق کے لیے بھی استعمال ہوتا ہے۔ ہندوستانی بحریہ کے اینٹینا ہندوستانی بحریہ کے پاس تمل ناڈو میں آئی این ایس کٹابومن بحری اڈے پر ایک آپریشنل ای ایل ایف مواصلاتی سہولت ہے، تاکہ وہ اپنی اریھانت کلاس اور اکولا کلاس آبدوزیں کے ساتھ بات چیت کر سکے۔ تابکار طاقت زمینی دو قطبوں سے خارج ہونے والی کل طاقت ہے جہاں تعدد ہے، لوپ میں آر ایم ایس کرنٹ ہے، ٹرانسمیشن لائن کی لمبائی ہے، روشنی کی رفتار ہے، آئناسفیئر کی ڈی پرت کی زمین سے اوپر کی اونچائی ہے، اور زمینی چالکتا ہے۔ برقی طور پر چھوٹے لوپ اینٹینا کی تابکاری طاقت عام طور پر تعدد کی چوتھی طاقت کے ساتھ پیمائش کرتی ہے، لیکن ای ایل ایف تعدد پر آئناسفیئر کے اثرات کے نتیجے میں تعدد کے مربع کے متناسب طاقت میں کم شدید کمی واقع ہوتی ہے۔ ای ایل ایف سگنلز کے استقبال کے لیے گراؤنڈ ڈائپولز کی ضرورت نہیں ہے، حالانکہ کچھ ریڈیو شوقیہ اس مقصد کے لیے چھوٹے اینٹینا استعمال کرتے ہیں۔ اس کے بجائے استقبالیہ کے لیے مختلف لوپ اور فیرائٹ کنڈلی اینٹینا استعمال کیے گئے ہیں۔ ای ایل ایف تعدد پر اینٹینا حاصل کرنے کی ضروریات ٹرانسمیٹنگ اینٹینا سے کہیں کم سخت ہوتی ہیں: ای ایل ایف ریسیورز میں، سگنل میں شور پر بینڈ میں بڑے ماحولیاتی شور کا غلبہ ہوتا ہے۔ یہاں تک کہ ایک چھوٹے، غیر موثر وصول کرنے والے اینٹینا کے ذریعہ پکڑے گئے چھوٹے سگنل میں بھی شور ہوتا ہے جو وصول کنندہ میں پیدا ہونے والے شور کی چھوٹی مقدار سے بہت زیادہ ہوتا ہے۔ چونکہ بیرونی شور ہی استقبالیہ کو محدود کرتا ہے، اس لیے اندرونی شور کو زیر کرنے کے لیے انٹرسیپٹڈ سگنل کے لیے اینٹینا سے بہت کم طاقت کی ضرورت ہوتی ہے، اور اس لیے چھوٹے وصول کرنے والے اینٹینا کو بغیر کسی نقصان کے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ آبدوزوں کے ساتھ مواصلات فوٹ نوٹ حوالہ جات ریڈیو فریکوئنسی اینٹینا کی اقسام اینٹینا (ریڈیو) بھی دیکھیں۔