अमेरिकी मरीन कॉर्प्स एंटेना हैंडबुक (1999) [pdf]

 (marines.mil)
2 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2023-07-31 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • यह एक फील्ड मैनुअल है जो single-channel radio (SCR) ऑपरेटरों को ऐसा एंटेना चुनने और संचालित करने के लिए आवश्यक ज्ञान व्यवस्थित रूप से देता है, जिससे रिसीविंग स्टेशन तक संभवतः सबसे मजबूत सिग्नल पहुँचे; यह MAGTF के command and control को सहारा देने वाला संचार आधारभूत तत्व है
  • इसमें electromagnetic radiation और propagation के सिद्धांतों से लेकर HF/VHF/UHF band characteristics, transmission lines, antenna types, field repair, SATCOM, और antenna farms तक wireless communications की पूरी प्रक्रिया शामिल है
  • संचार लिंक के निर्माण में दो सबसे महत्वपूर्ण कारक हैं सही एंटेना का चयन और propagation path matching; गलत propagation path ही अक्सर लिंक की सबसे कमजोर कड़ी होता है
  • केवल signal strength से अधिक S/N (signal-to-noise) ratio रिसेप्शन की गुणवत्ता तय करता है, और एंटेना वह चर है जिस पर ऑपरेटर सबसे सीधे तौर पर नियंत्रण कर सकता है
  • एक उपयुक्त एंटेना मात्र से सीमांत लिंक को भरोसेमंद लिंक में बदला जा सकता है; यह CIS अधिकारियों और radio operators के साथ-साथ antenna basics सीखने वाले सभी कर्मियों के लिए उपयोगी है

अध्याय 1. रेडियो सिद्धांत (Radio Principles)

  • Electromagnetic radiation में radio waves, microwaves, infrared, visible light, ultraviolet, X-rays और gamma rays शामिल हैं; ये सभी प्रकाश की गति (लगभग 186,000 मील/300 million m per second) से चलते हैं, और इनमें अंतर केवल wavelength का होता है — wavelength जितनी छोटी, energy उतनी अधिक
  • अलग-अलग bands के उपयोग अलग हैं, और HF लंबी दूरी, जबकि VHF·UHF कम दूरी की LOS (line-of-sight) संचार के लिए उपयुक्त हैं
    • HF सिग्नल वायुमंडल की सबसे बाहरी परत ionosphere से परावर्तित होकर लंबी दूरी तक पहुँचते हैं
    • यदि LOS उपलब्ध हो तो VHF को हमेशा HF पर प्राथमिकता दी जाती है, और उपयुक्त एंटेना के साथ UHF, VHF से भी संकरी path बनाता है
    • सामान्य परिस्थितियों में पहुँच दूरी और आवश्यक शक्ति: HF (ground wave 0–50 miles, sky wave 100–8000 miles, .5–5kW), VHF (ground wave 0–30 miles, sky wave 50–150 miles, .5kW or less), UHF (ground wave 0–50 miles, .5kW or less)

  • MAGTF SCR उपकरण

    • HF: AN/PRC-104, AN/GRC-193, AN/MRC-138 (2–29.999 MHz, लंबी दूरी)
    • VHF: AN/PRC-119, AN/VRC-88~92 series (30–88 MHz), AN/PRC-113·AN/VRC-83 (116–150 MHz और 225–400 MHz, ground-to-air critical LOS)
    • UHF: AN/PSC-3, AN/PSC-5 (SATCOM)

  • रेडियो संचार लिंक की संरचना

    • एक radio link 7 तत्वों से बना होता है: transmitter, power supply, transmission line, transmitting antenna, propagation path, receiving antenna, receiver
    • ऑपरेटर का लक्ष्य receiving station पर सबसे मजबूत signal, यानी receiving antenna पर अधिकतम S/N ratio सुनिश्चित करना है
    • सर्वोत्तम transmitter/receiver और antenna भी बेकार हो जाते हैं यदि frequency या propagation path गलत हो — antenna selection और path matching ही कुंजी हैं

  • रेडियो wave propagation के सिद्धांत

    • वायुमंडल को troposphere (लगभग 10km, हर 300m ऊँचाई पर लगभग -2.5°C), stratosphere (10–50km, लगभग -65°C स्थिर), और ionosphere (50–500km+, ionized) में बाँटा जाता है
    • propagation modes में transmitter से सीधे जाने वाली ground wave और ionosphere से refract होकर लौटने वाली sky wave शामिल हैं
      • ground wave में direct wave, ground-reflected wave, और surface wave शामिल हैं; surface wave पर ground conductivity और dielectric constant का प्रभाव पड़ता है
      • ground conductivity: large freshwater (बहुत अच्छी), seawater (अच्छी), loam (सामान्य), rock·desert (खराब), jungle (बहुत खराब)
    • ionosphere में D, E, F1, F2 परतें होती हैं; दिन में 4 परतें रहती हैं, जबकि रात में F1·F2 मिलकर एक F layer बन जाती हैं और D·E परतें समाप्त हो जाती हैं
      • D layer केवल दिन में मौजूद रहती है और धूप वाले क्षेत्रों में HF को attenuate करती है; E layer दिन में 2,400km तक की मध्यम दूरी के लिए उपयोगी है, और F2 layer लंबी दूरी (2,400km से अधिक) संचार के लिए सबसे उपयोगी है
    • ionosphere में बदलाव नियमित (दैनिक, मौसमी, 27-दिन, 1-वर्ष sunspot cycle) और अनियमित (Sporadic E जैसी solar anomalies) दोनों प्रकार के होते हैं

  • diffraction, tropospheric effects, noise

    • Diffraction के कारण radio waves कुछ हद तक radio horizon के पार भी पहुँचती हैं, लेकिन पहाड़ी ridge पर केवल 5 feet का bend भी 30~40dB attenuation ला सकता है
    • tropospheric refraction, ducting, और scattering, VHF/UHF पर सैकड़ों km तक संचार संभव बनाते हैं; लेकिन scatter propagation आम तौर पर 500km से कम तक सीमित रहता है (1kW से अधिक transmitter और 10dB+ antenna की आवश्यकता)
    • noise को natural noise (thunderstorms = atmospheric noise, 0–5MHz में प्रमुख; stars = galactic noise, उच्च frequency में प्रमुख) और man-made noise (electrical arc sources) में बाँटा जाता है — S/N ratio रिसीविंग सिस्टम की सबसे महत्वपूर्ण मात्रा है
      • man-made noise स्रोत के पास vertical polarization की प्रवृत्ति रखता है, इसलिए horizontal polarized receiving antenna कम noise लेता है
      • HF band में users की भीड़ के कारण signal strength से अधिक interference और noise संचार विफलता के मुख्य कारण होते हैं; narrowband antennas मजबूत interfering signals हटाने में अधिक उपयोगी हैं

अध्याय 2. एंटेना की बुनियाद (Antenna Fundamentals)

  • एंटेना transmitter की RF output को electromagnetic waves में बदलकर radiate करता है, और receiving side पर electromagnetic field को RF energy में वापस बदलकर receiver तक पहुँचाता है

  • मूल अवधारणाएँ और शब्दावली

    • जब conductor की लंबाई wavelength के लगभग 1/2 के करीब होती है, तो अधिकांश energy electromagnetic radiation के रूप में निकलती है
    • RF power देने पर stored energy से जुड़ा induction field और radiation field बनता है; एक निश्चित दूरी के बाद केवल radiation field बचता है, जिसमें electric और magnetic components एक-दूसरे के लंबवत होते हैं
    • radiation pattern antenna type से तय होता है — vertical antenna omnidirectional होता है, horizontal antenna bidirectional, और unidirectional antenna एक दिशा में काम करता है (3D pattern डोनट के आकार जैसा)
    • polarization electric field lines की दिशा से तय होती है; इसे vertical polarization (भूमि के लंबवत), horizontal polarization (भूमि के समानांतर), और elliptical polarization में बाँटा जाता है
      • satellites और satellite terminals circular polarization का उपयोग करते हैं — समान परिमाण की vertical और horizontal waves 90° phase difference के साथ मिलकर 360° rotation बनाती हैं

  • frequency के अनुसार polarization की आवश्यकताएँ

    • medium और low frequency ground-wave transmission में vertical polarization अनिवार्य है (horizontal electric field lines भूमि पर short हो जाती हैं)
    • HF sky wave ionosphere से reflect होने के बाद elliptical polarization में पहुँचती है, इसलिए vertical और horizontal दोनों संभव हैं; फिर भी high-angle radiation और directivity के कारण horizontal antennas को प्राथमिकता दी जाती है
    • VHF·UHF में direct wave propagation के कारण मूल polarization बनी रहती है, इसलिए transmitting और receiving antennas की polarization का मेल अनिवार्य है
    • vertical polarization साधारण 1/2-wave·1/4-wave antennas से omnidirectional communication देती है, इसलिए moving vehicles के लिए उपयोगी है; लेकिन इसकी कमी यह है कि यह मित्र और शत्रु दोनों दिशाओं में समान रूप से radiate करती है

  • ground, length, direction

    • grounding effect counterpoise (ground का विकल्प conductor mesh), ground screen आदि grounding types के अनुसार बदलता है
    • antenna length calculation और azimuth-based direction setting से marginal communications में सुधार और strong-signal transmit/receive tuning संभव है

अध्याय 3. ट्रांसमिशन लाइनें (Transmission Lines)

  • transmission line की characteristic impedance को लाइन के किसी बिंदु पर voltage और current के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है
  • impedance matching ही energy loss तय करती है — transmitter, transmission line और antenna तीनों की impedance समान होने पर maximum energy transfer (न्यूनतम system loss) मिलता है
    • यदि load impedance लाइन से अलग हो तो केवल कुछ energy ही transfer होती है और standing waves बनती हैं; यदि दोनों बिल्कुल समान हों तो केवल incident wave बहती है और loss न्यूनतम रहता है
    • USMC radios की अधिकांश internal impedance 50 ohm होती है; इसलिए 300-ohm twin-lead, 50-ohm half-wave dipole, और 50-ohm transmitter/receiver जैसे mismatch वाले संयोजनों में standing wave और repeating impedance variation का उपयोग कर matching करनी पड़ती है
  • attenuation transmission energy का loss है, जो insulating material के अनुसार काफी बदलता है
    • Teflon में loss बहुत कम होता है, जबकि rubber और wood में loss अधिक होता है; खासकर high frequencies पर coaxial cable losses अधिक स्पष्ट हो जाते हैं
  • balun, cable connectors, और balanced antenna connections transmitter/receiver और antenna के सर्वोत्तम coupling में मदद करते हैं

अध्याय 4. HF एंटेना का चयन

  • HF 3~30MHz संचार के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि यह एकमात्र band है जो ionosphere से अनुमानित रूप से reflect होती है; electrical ground के ऊपर इसकी optimal height लगभग 0.4λ है

  • antenna selection procedure

    • ground-wave propagation के लिए low take-off angle और vertical polarization antenna चाहिए — सभी radio sets में शामिल whip omnidirectional ground wave के लिए उपयुक्त है
    • एक ही लिंक पर केवल antenna बदलने से बड़ा gain मिल सकता है
      • यदि AN/MRC-138 के 32-foot whip को 200-mile link पर इस्तेमाल किया जाए तो radiated power 300W होती है; इसे 35-foot half-wave horizontal dipole से बदलने पर यह 5,000W तक, यानी 16 गुना से अधिक हो सकती है
    • sky-wave link में पहले link distance के आधार पर take-off angle तय किया जाता है — 966km (600 miles) link के लिए दिन में लगभग 25°, रात में लगभग 40° चाहिए
    • mobile stations और multi-direction links के लिए omnidirectional antennas, जबकि point-to-point links के लिए bidirectional या directional antennas चुने जाते हैं

  • antenna types

    • Vertical Whip (2~30MHz): सभी radio sets का standard component; omnidirectional ground wave के लिए अच्छा, लेकिन sky-wave links के लिए सबसे अनुपयुक्त
      • इसकी लंबाई 234/frequency (MHz) सूत्र से निकाली जाती है (WD-1/TT के लिए 225.50/frequency); 1/4 wavelength पीछे reflector (whip से लंबा) जोड़कर performance सुधारी जा सकती है, जबकि छोटा होने पर यह director की तरह काम करता है
      • ground rod और ground radial (spoke-shaped) जोड़ने से radiation बेहतर होता है
    • Half-Wave Dipole (doublet): short और medium-range sky-wave (लगभग 1,200 miles तक) के लिए डिजाइन किया गया, सबसे अधिक इस्तेमाल होने वाला field-expedient wire antenna, जिसे बनाना आसान है
      • जमीन से 1/2 wavelength ऊँचाई पर यह bidirectional होता है, और 1/4 wavelength पर high take-off angle के साथ लगभग omnidirectional coverage देता है
    • AS-2259/GR, Inverted Vee, Long Wire, Inverted L, Sloping Vee, Sloping Wire, Vertical Half-Rhombic आदि कई प्रकार शामिल हैं

  • NVIS संचार

    • NVIS short-range HF propagation का मुख्य तरीका है, जबकि ground wave और direct wave (LOS) भी कम दूरी पर उपयोगी हैं
    • चेतावनी: NVIS wire transmission के दौरान इतनी मजबूत RF energy ले जा सकती है कि गंभीर चोट पहुँचा सकती है; इसलिए लोगों को पास आने से रोकना आवश्यक है

अध्याय 5. VHF·UHF एंटेना का चयन

  • VHF (30~300MHz) और UHF (300~3,000MHz, 3GHz) 50km से कम दूरी की संचार के लिए बहुत उपयोगी हैं, और छोटी wavelength के कारण antennas काफी छोटे होते हैं
    • छोटे आकार के कारण कई radiating elements से array बनाकर किसी खास दिशा में gain लिया जा सकता है
    • sub-bands: 118~136MHz (VHF aviation), 225~400MHz (UHF aviation), 148~174·450~470MHz (mobile·police·weather आदि)

  • polarization

    • FM·TV broadcasting ignition interference कम करने के लिए horizontal polarization का उपयोग करती है, जबकि mobile communications physical constraints और omnidirectionality बनाए रखने के लिए vertical polarization अपनाती हैं
    • जब antenna height लगभग 10m से कम हो या omnidirectional transmit/receive चाहिए हो, तब केवल vertical polarization उपयोग करें

  • gain और directivity

    • frequency बढ़ने पर received signal कमजोर होता जाता है और transmission-line loss बढ़ता है — 450MHz और 30m coax पर 10~20dB loss भी सामान्य है
    • wideband signals के कारण system noise बढ़ता है, इसलिए अतिरिक्त antenna gain की आवश्यकता होती है; directivity अनावश्यक दिशाओं में radiation घटाकर security में भी मदद करती है

  • antenna types

    • Vertical Whip, OE-254, vehicle internal antenna, HF-compatible antenna, dual-function antenna शामिल हैं
    • Yagi HF में भी लोकप्रिय antenna है, लेकिन VHF·UHF में इसमें अधिक elements उपयोग किए जाते हैं (HF में 3~4 से अधिक elements दुर्लभ हैं)

अध्याय 6. फील्ड रिपेयर और तदर्थ निर्माण (Field Repair and Expedients)

  • क्षतिग्रस्त whip की अस्थायी मरम्मत की जा सकती है, और wire antenna, transmission line, guy lines, तथा mast भी repair या replacement के दायरे में आते हैं
    • plastic जैसे अस्थायी insulators का उपयोग, टूटी guy line को wire से ठीक करना, और spoon का उपयोग करके guy line·mast की emergency repair जैसे उदाहरण शामिल हैं
  • तदर्थ antenna बनाते समय मूल जैसी ही लंबाई बनाए रखना महत्वपूर्ण है; SINCGARS radio के frequency-hopping mode में field-expedient VHF antenna के लिए विशेष विचार मौजूद हैं

  • field-expedient directional antennas

    • उपलब्ध materials से बनाए जाने वाले end-fed half-wave antenna (डोनट pattern) और center-fed doublet की निर्माण विधि दी गई है
    • vertical half-rhombic, long wire, Yagi, Vee, Sloping Vee आदि field-expedient directional antennas के रूप में उपयोग किए जा सकते हैं

अध्याय 7. सैटेलाइट संचार एंटेना (Satellite Communications Antennas)

  • Marine Corps का मुख्य LOS·SATCOM radio set AN/PSC-5 data और voice communications देता है, और यह सभी manpack तथा vehicle-mounted UHF SATCOM radios को replace करता है
    • AS-3566 से LOS communication, और AS-3567·AS-3568 से long-range SATCOM support मिलता है

  • SATCOM antenna location selection

    • LOS equipment के लिए path terrain के मुकाबले antenna elevation angle सबसे महत्वपूर्ण है, इसलिए प्राकृतिक ऊँचाइयों का उपयोग किया जाता है
    • over-the-horizon systems में horizon angle (masking angle) मुख्य कारक है; horizon angle जितना बड़ा होगा, transmission loss उतना अधिक होगा — इसलिए सबसे अधिक negative angle वाले स्थान को प्राथमिकता दी जाती है
    • horizon angle को transit से मापा जाता है, और इसे antenna की सटीक स्थिति पर tangent और horizon LOS के बीच के angle के रूप में परिभाषित किया जाता है (radio horizon angle, visual horizon angle से थोड़ा अलग होता है)

अध्याय 8. एंटेना फार्म (Antenna Farms)

  • Antenna farm (radio hill·antenna park) वह क्षेत्र है जहाँ अधिकांश electromagnetic radiation होती है

  • command post (CP) और location selection

    • commander CP के माध्यम से command and control करता है, और headquarters को tactical·main·rear में विभाजित किया जाता है
    • antenna farm और CP के बीच की दूरी doctrinal·tactical·technical विचारों के आधार पर तय होती है (communications, EW, tactical situation आदि को ध्यान में रखकर)

  • internal layout और interference

    • frequency band, antenna selection·placement, और cosite interference evaluation internal layout के मुख्य तत्व हैं
    • cosite interference रोकने के लिए frequency और transmit power के अनुसार antennas को अलग रखा जाता है (10%·5%·2.5% separation criteria); coupling कम करने के लिए न्यूनतम separation कम-से-कम सबसे कम frequency की wavelength जितनी होनी चाहिए
    • vegetation-संबंधित polarization पर forest type का प्रभाव पड़ता है, और deciduous forest में horizontal polarization लाभकारी है
    • power lines और signal lines को crossing से बचाना चाहिए; यदि यह टालना संभव न हो, तो उन्हें समकोण पर क्रॉस कराया जाए

परिशिष्ट

  • परिशिष्ट A: Glossary, परिशिष्ट B: References and Related Publications शामिल हैं

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2023-07-31
Hacker News की राय

  • US Navy Electricity and Electronics Training Series(NEETS) भी उल्लेख के लायक है
    यहां ऊपर के मेनू में दूसरे दिलचस्प दस्तावेज़ भी मिल सकते हैं
    https://maritime.org/doc/#neets

    • NEETS व्यावहारिक ज्ञान का खज़ाना है

  • अगर आपके पास undergraduate स्तर की बुनियादी गणितीय पृष्ठभूमि है, तो antenna क्षेत्र की standard किताब Constantine Balanis की Antenna Theory: Analysis and Design देखने लायक है
    https://www.amazon.com/Antenna-Theory-Analysis-Constantine-B...

  • ARRL Antenna Book पर भी समय देना worthwhile है: https://www.arrl.org/arrl-antenna-book

  • अमेरिकी सैन्यवाद के बारे में जो भी कहें, अलग-अलग सेनाएं अधिकतर मामलों में बहुत thorough, साफ़ और practical training documents बनाती हैं
    निजी तौर पर, FAA के साथ भी मेरा यही अनुभव रहा

  • Navy में wireless communications और intelligence work करते समय, मुझे जल्दी ही समझ आ गया कि Maxwell equations, information theory और Fourier series में महारत हासिल करने से कहीं ज़्यादा अहम इन manuals का practical knowledge सीखना और लागू करना था
    transmission lines पर चर्चा करने वालों के लिए मुझे telegrapher's equations एक उपयोगी tool लगती हैं

  • पहले मुझे longwire antenna(section 4-22) के साथ खेलना पसंद था
    जितना लंबा होता, directivity उतनी ज़्यादा होती, इसलिए experiment करना मज़ेदार था; यह उन दिनों की बात है जब copperweld सस्ता था
    बाद में मैं कुछ सालों तक एक farmhouse में रहा, लेकिन सचमुच लंबी wire test करने के लिए न समय था, न आसपास पेड़

    • सूखे दिनों में barbed-wire fence भी काफ़ी अच्छी तरह काम कर सकती है
      दिशा अपनी मर्ज़ी से तय नहीं कर पाएंगे, लेकिन अगर पास में fence हो तो sensitive receiver जोड़कर देखना कि क्या मिलता है, कोई नुकसान नहीं है

  • लेख वाकई बहुत अच्छी तरह लिखा गया है और हैरानी की बात है कि काफी accessible है
    communications systems के बारे में मुझे कुछ भी नहीं पता, फिर भी मैं इसे काफी आसानी से पढ़ सका

    • Marines के लिए दस्तावेज़ है, इसलिए ऐसा होना ही था
      इसी वजह से binding और trimming के बाद भी आधी खाई हुई crayon से notes लिखने के लिए margins में पर्याप्त जगह छोड़ी गई है
      मज़ाक अपनी जगह, कई military manuals में यह समानता होती है कि वे विषय को इस तरह introduce करते हैं कि user के पास कम से कम ‘क्या’ और ‘क्यों’, और ‘कैसे’ की काफी मजबूत बुनियाद बन जाए
      ideally ये बातें training में cover होनी चाहिए, लेकिन manual के लेखक शायद यह मानकर नहीं चलते कि reader को training मिली ही होगी
      नतीजा यह होता है कि जिस भी विषय को वे cover करें, वे अक्सर बेहद उपयोगी resources बन जाते हैं
      सच कहूं तो, हम software engineers जो technical documentation बनाते हैं, उसके model के तौर पर इससे कहीं बुरे उदाहरण भी आसानी से सोचे जा सकते हैं
    • military training material को accessible होना ही चाहिए
      Frank Wilczek के Princeton में पढ़ाने से ठीक पहले, उनके दोस्त और mentor Sam Treiman ने उन्हें office में बुलाकर सलाह दी
      Sam ने एक पुराना paperback manual निकाला और कहा, “World War II में Navy को recruits को जल्दी से wireless communications install और operate करना सिखाना था। उनमें से कई सीधे farms से आए थे, इसलिए उन्हें ज़रूरी स्तर तक लाना बड़ी चुनौती थी। इस शानदार किताब की बदौलत Navy सफल रही। यह pedagogy की masterpiece है। खासकर पहला chapter। ज़रा देखो”
      किताब के पहले chapter का title Ohm's Three Laws था, और परिचित Ohm's law V = IR को पहला law बताया गया था
      जिज्ञासा में बाकी दो laws देखे तो दूसरा I = V/R था, और तीसरा उम्मीद के मुताबिक R = V/I था
    • reference के लिए, antenna और communication systems काफी अलग fields हैं
      अक्सर दोनों को एक बड़े system में साथ जोड़ा जाता है, इसलिए कुछ लोग दोनों sides को handle करते हैं, लेकिन calculus जैसी basic knowledge के अलावा, एक तरफ की skill दूसरी तरफ को समझना खास आसान नहीं बनाती

  • मेरे पास दो observations हैं। एक मामूली है और एक serious
    मामूली वाली यह है कि wireless/electromagnetic reference books में भी, न जाने क्यों, लोग sine function graph में सही function shape की जगह semicircles बनाए बिना रह नहीं पाते। Figure 1-2 देखिए
    ज़्यादा serious बात यह है कि मुझे लगता है कि ज़्यादातर उपयोगी military education texts 1990s से पहले के हैं, जब military research & development, education और contracting institution के रूप में भी competent थी
    अब तो उस capability का ज़्यादातर हिस्सा defense contractors को outsource हो चुका है, और जो लोग ऐसे texts लिख सकते थे या military के अंदर aircraft को ठीक से design कर सकते थे, वे बहुत पहले जा चुके हैं

    • कम से कम aircraft के मामले में, लगता है कि आप थोड़े camp-tinted glasses से देख रहे हैं
      aircraft, vehicles, ships और तरह-तरह के equipment हमेशा से civilian industry में develop होते आए हैं, और हां, अक्सर military के साथ बेहद close collaboration में
      US government की directly owned manufacturing capability हमेशा से बेहद specialized रही है। Boeing के मुकाबले Los Alamos या Oak Ridge को सोचिए

  • कुछ समय पहले submarines से communicate करने के लिए 5-mile antenna इस्तेमाल करने वाले military aircraft पर एक लेख देखा था, वही याद आ गया
    https://www.thedrive.com/the-war-zone/31477/heres-why-an-e-6...

  • ऐसी गाइड्स में हमेशा वायर लूप से electromagnetic field बनने का उदाहरण दिया जाता है, इसलिए थोड़ी निराशा होती है
    DC और conductors के बारे में रोज़मर्रा के अनुभव से कुछ हद तक कल्पना की जा सकती है, लेकिन जब सामान्य monopole antenna देखते हैं तो वह व्याख्या टूट जाती है। एक सिरा हवा में खुला है, तो conductor आखिर conduct कैसे कर रहा है, समझ नहीं आता। शायद AC magic है
    इसी तरह, electromagnetic field बनते समय ठीक-ठीक क्या होता है, इसकी detailed explanation भी कम मिलती है
    लगता तो है कि यह photons से बना है, लेकिन वे photons ठीक-ठीक कहाँ से आते हैं और कुछ मामलों में सिर्फ milliwatt power से कैसे generate हो जाते हैं, यह जानने की उत्सुकता है

    • असल में field को “generate” नहीं किया जाता
      electromagnetic field हमेशा मौजूद रहता है और पूरे ब्रह्मांड में व्याप्त है
      accelerate करते electrons electromagnetic field को disturb करते हैं, उसमें energy और momentum डालते हैं, और यह disturbance light की speed से field के जरिए propagate होती है
      पर्याप्त energy level पर वह disturbance spatially अच्छी तरह localized होकर particle की तरह behave करती है, और उसे photon कहते हैं
      कम energy पर भी उसे photon कहना ठीक है, लेकिन थोड़ा misleading हो सकता है। यहाँ radio-wave level की बहुत कम energy पर यह spatially बहुत फैली हुई होती है और wavelength भी meters में होती है, इसलिए particle से ज़्यादा wave की तरह behave करती है
      AC में electrons छोटी दूरी पर आगे-पीछे चलते हैं, और एक simplified लेकिन useful picture में यही effect पैदा करते हैं
      यह पानी में हाथ ऊपर-नीचे चलाकर waves बनाने जैसा है
    • सही है, AC magic है
      एक लंबी pipe की कल्पना करें, जिसका एक सिरा खुला है और दूसरा सिरा बंद। अगर आप मुँह से सिरे को बंद करके फूँक मारें, तो pressure जल्दी बढ़ जाएगा
      लेकिन अगर speaker को seal करके लगा दें और frequency sweep करें, तो आप देखेंगे कि आवाज़ की loudness pipe की resonant frequency के करीब आने पर बदलती है
      monopole antenna के electrons का आपस में elastic संबंध होता है, और उसका influence sound की speed से नहीं बल्कि light की speed से propagate होता है
      साथ ही, pipe में gas molecules की तरह वे conductor के अंदर काफी freely move कर सकते हैं
      2 meter लंबे antenna में speaker के बराबर device से 150MHz की ‘sound’ डालें, तो electrons की pipe resonate करेगी
      जैसे same frequency की resonant cavities atmosphere के जरिए coupled हो सकती हैं, antenna electromagnetic field के जरिए same frequency पर resonate करने के लिए coupled होते हैं
      इसी वजह से non-resonant दूसरी frequencies की तुलना में ‘pipe’ के end पर energy को कुछ gain मिलता है, और कान या amplifier को noise से अलग पहचान में आने वाली कोई चीज़ मिलती है
      अब कल्पना करें कि speaker pipe जैसी ही दूसरी pipe पर आपने कान लगाया है, और दूसरा कान बंद है; आपको आसपास की आवाज़ें सुनाई देंगी, लेकिन वे ज़्यादातर उस resonant frequency के harmonics जैसी लगेंगी
      अगर दोस्त कहे “क्या मेरी आवाज़ आ रही है?” तो वह गूँजती हुई “mwaa mwoo mwee mwee?” जैसी सुनाई देगी
      लेकिन अगर दोस्त कमरे के दूसरी तरफ speaker pipe चालू कर दे, तो वह बाकी आवाज़ों के बीच अचानक उभरकर सुनाई देगी
      फिर अगर वह आपको paper roll देकर sound की loudness के हिसाब से ऊपर-नीचे draw करने को कहे, और दोस्त volume knob घुमाए, तो उस paper पर बना shape sound wave जैसा दिखेगा
      अब आप समझ गए कि AM radio कैसे काम करता है
    • मैं भी इसी तरह की समस्या से जूझा हूँ
      “AC magic” के बजाय मैं इसे RF magic कहना चाहूँगा
      ऐसे circuits को समझने के लिए अलग mental model चाहिए
      DC और low-frequency AC में यह मान लेना काफी होता है कि voltage और current conductor में तुरंत दिखाई देते हैं, लेकिन यह सिर्फ एक useful simplification है
      मोटे तौर पर, power source से दी गई energy को wire के साथ propagate होने में समय लगता है [0]
      इसे ध्यान में रखकर इस page के animated GIFs देखें तो बात ज़्यादा समझ आएगी: https://en.wikipedia.org/wiki/Dipole_antenna
      यह mental model यह समझने में भी मदद करता है कि magnetic loop सिर्फ shorted wire क्यों नहीं है। DC या low-frequency AC circuits में यह सचमुच short होता है, लेकिन RF circuits में ऐसा नहीं है [1]
      [0] https://en.wikipedia.org/wiki/Velocity_factor
      [1] सिर्फ इस mental model से किसी भी antenna को पूरी तरह समझा नहीं जा सकता। कई designs components के बीच electromagnetic interactions या आसपास के environment के साथ interactions जैसे दूसरे phenomena पर भी निर्भर करते हैं। फिर भी यह model होने से, रुचि होने पर, आप और गहराई में खोज कर सकते हैं
    • सही है, AC magic है
      सिर्फ antennas ही नहीं। computer को देखें तो, 3GHz (DDR4+ RAM) पर wavelength लगभग 10cm होती है, इसलिए सिर्फ एक sine wave को देखें तो CPU पर 1.8V, CPU से 2.5cm दूर 0V, 5cm पर -1.8V, 7.5cm पर 0V, और 10cm पर फिर 1.8V होता है
      इसके साथ CPU और RAM के बीच की दूरी, square wave के साथ आने वाली दूसरी frequencies, और basic RAM read/write को काम कराने वाली सारी mathematics भी सोचनी पड़ती है
      साधारण wire या cable भी DC electronics में कुछ न करने वाली सबसे simple line भर होती है, लेकिन यहाँ वह सब कुछ बदल देती है
      voltage signal डालते ही, उस “signal” (field) को cable के दूसरे छोर तक पहुँचकर यह “देखने” से पहले ही कि end खुला है, soldered है या resistor लगा है, current को किसी न किसी speed से flow करना पड़ता है
    • थोड़ा पुराना है, लेकिन Oliver Lodge की Signalling Through Space Without Wires पढ़ना मज़ेदार हो सकता है
      [0] https://catalog.hathitrust.org/Record/001617948