Comparative Research on Calculation Methods of Near-Field Electromagnetic Field Strength for Medium-Wave Antennas and Multi-Antenna Superposition Analysis

हर दिन, हम अदृश्य तरंगों के एक समुद्र में स्नान करते हैं जो हमारी आवाजों, संगीत और डेटा को हवा के माध्यम से दूर तक ले जाती हैं। इन तरंगों को उत्पन्न करने वाले कई उपकरणों में से, मीडियम-वेव रेडियो टावर सबसे शक्तिशाली और स्थायी स्तंभों के रूप में खड़े हैं। ये ऊँची संरचनाएं ऐसे संकेत प्रसारित करती हैं जो लंबी दूरियों तक यात्रा करते हैं, जिससे हम मीलों दूर से समाचार और मनोरंजन सुनने में सक्षम होते हैं। हालांकि, इन टावरों के आधार के करीब, हवा का भौतिक विज्ञान बदल जाता है। एंटीना के आसपास का तत्काल स्थान एक जटिल क्षेत्र है जहाँ विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक फील्ड) का व्यवहार उससे काफी दूर के क्षेत्रों की तुलना में भिन्न होता है। यह "नियर-फील्ड" (निकट-क्षेत्र) क्षेत्र सुरक्षा आकलन और पर्यावरणीय निगरानी के लिए महत्वपूर्ण है, फिर भी यहाँ विकिरण की सटीक शक्ति की गणना करना इंजीनियरों के लिए लंबे समय से एक चुनौती रही है। कठिनाई इस तथ्य में निहित है कि टावर के ऊपर बहने वाली विद्युत धारा हमेशा एक सरल, अनुमानित तरीके से व्यवहार नहीं करती; यह इस बात पर निर्भर करती है कि टावर कैसे बनाया गया है, इसे बिजली कैसे दी जा रही है, और यह किस विशिष्ट आवृत्ति (फ्रीक्वेंसी) पर प्रसारण कर रहा है।

चीन के जियांग्सी प्रांतीय विकिरण पर्यावरण पर्यवेक्षण स्टेशन के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस बात पर एक नया दृष्टिकोण अपनाया है कि हम नियर-फील्ड विकिरण को कैसे मापते और अनुमानित करते हैं। उनका कार्य विभिन्न गणितीय दृष्टिकोणों की तुलना करने पर केंद्रित है ताकि यह देखा जा सके कि कौन से वास्तव में वास्तविकता को दर्शाते हैं, विशेष रूप से तब जब कई टावर एक साथ प्रसारण कर रहे हों। उन्होंने पाया कि उद्योग में वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले मानक सूत्र अक्सर विफल हो जाते हैं जब एंटीना का डिज़ाइन जटिल होता है या जब कई टावर मिलकर काम करते हैं। तीन अलग-अलग गणना विधियों को वास्तविक दुनिया के डेटा और उन्नत सिमुलेशन के विरुद्ध परीक्षण करके, शोधकर्ताओं ने स्रोत के करीब विकिरण स्तरों का अनुमान लगाने का एक अधिक विश्वसनीय तरीका विकसित किया है। उनके निष्कर्ष बताते हैं कि वर्तमान सुरक्षा मानकों को अपडेट करने से इन प्रसारण स्थलों के पास रहने वाले समुदायों के लिए अधिक सटीक पर्यावरणीय मूल्यांकन और बेहतर सुरक्षा सुनिश्चित की जा सकती है।

समस्या का मूल कारण यह है कि रेडियो टावर के आसपास की हवा एकसमान नहीं होती है। जब एक टावर अपने द्वारा भेजे जाने वाले सिग्नल की तरंग दैर्ध्य (वेवलेंथ) के सापेक्ष छोटा होता है, तो विद्युत धारा एक विशिष्ट पैटर्न में बहती है, जो नीचे शिखर पर होती है और ऊपर की ओर कम होती जाती है। लेकिन जब टावर लंबा होता है या इसे बिजली देने का तरीका अलग होता है, तो उस करंट का पैटर्न बदल जाता है। यह बीच में शिखर पर हो सकता है, या इसकी दिशा भी उलट सकती है। विकिरण स्तरों की गणना के लिए दशकों से उपयोग किया जाने वाला मानक तरीका करंट प्रवाह के एक बहुत ही विशिष्ट, सरल पैटर्न को मानता है। यह बुनियादी, एकल-टावर सेटअप के लिए अच्छा काम करता है जहाँ बिजली सीधे नीचे से दी जाती है। हालांकि, शोधकर्ताओं ने पाया कि यह मानक दृष्टिकोण अधिक जटिल एंटीना डिजाइनों के सामने विफल हो जाता है, जैसे कि वे जहाँ बिजली टावर में ऊपर के किसी बिंदु से दी जाती है या जहाँ टावर एक साथ प्रसारण करने वाले समूह का हिस्सा होता है।

पुराने नियमों और वास्तविकता के बीच के अंतर को समझने के लिए, टीम ने क्षेत्र की शक्ति (फील्ड स्ट्रेंथ) की गणना करने के तीन अलग-अलग तरीकों की तुलना की। पहला उद्योग का मानक तरीका था, जो एक सरलीकृत सूत्र पर निर्भर करता है। दूसरे में एंटीना को छोटे-छोटे खंडों में विभाजित किया गया और प्रत्येक टुकड़े के चुंबकीय प्रभावों को जोड़ा गया, जिसे 'मैग्नेटिक वेक्टर इंटीग्रेशन' नामक तकनीक कहा जाता है। तीसरे तरीके ने एक समान दृष्टिकोण अपनाया लेकिन सीधे विद्युत क्षेत्र के घटकों को जोड़ने पर ध्यान केंद्रित किया। शोधकर्ताओं ने विभिन्न ऊंचाइयों और फीडिंग शैलियों वाले एंटीना के लिए ये गणनाएँ चलाईं। उन्होंने पाया कि सरल, छोटे एंटीना के लिए, मानक विधि अन्य दो के करीब परिणाम देती है। लेकिन जैसे-जैसे एंटीना लंबे होते गए या फीडिंग का तरीका बदला, मानक सूत्र का विचलन काफी बढ़ गया। कुछ मामलों में, इसने विद्युत क्षेत्र की शक्ति को बहुत बड़े अंतर से कम करके आंका, जबकि अन्य में इसने चुंबकीय क्षेत्र को बढ़ा कर दिखाया। अधिक परिष्कृत विधियों ने, जिन्होंने टावर के ऊपर बहने वाले करंट के वास्तविक आकार को ध्यान में रखा, सभी परिदृश्यों में निरंतरता और सटीकता बनाए रखी।

शोधकर्ताओं ने जब कई टावरों वाले स्थानों को देखा, तो जटिलता और बढ़ गई। एक वास्तविक दुनिया के परिदृश्य में, एक रेडियो स्टेशन में तीन टावर एक त्रिकोण के रूप में खड़े हो सकते हैं, जिनमें से प्रत्येक एक सिग्नल प्रसारित कर रहा है। ये सिग्नल केवल एक-दूसरे के बगल में नहीं रहते; वे आपस में टकराते हैं और परस्पर क्रिया करते हैं। शोधकर्ताओं ने एक तीन-टावर प्रणाली का सिमुलेशन किया और पाया कि संयुक्त क्षेत्र की शक्ति केंद्र से दूर जाने पर केवल कम नहीं होती है। इसके बजाय, टावरों के बीच की परस्पर क्रिया के कारण विकिरण का स्तर उतार-चढ़ाव करता है, जो एक एकल-टावर मॉडल कभी भी अनुमान नहीं लगा सकता था। मानक विधि, जो एंटीना को अलग-थ로는 मानती है, इन उतार-चढ़ाव को पकड़ने में असमर्थ थी। हालाँकि, उन्नत विधियों ने इन जटिल उच्च और निम्न विकिरण क्षेत्रों का सफलतापूर्वक मानचित्रण किया, यह दिखाते हुए कि सबसे मजबूत क्षेत्र हमेशा टावरों के ठीक बगल में नहीं होते, बल्कि लहरों के संयोजन के कारण उनके बीच के स्थानों में भी प्रकट हो सकते हैं।

यह स्थापित करने के बाद कि बेहतर गणना विधियों की आवश्यकता थी, टीम ने एक व्यावहारिक समस्या का समाधान किया: केवल सुरक्षित दूरी से एकत्र किए गए डेटा का उपयोग करके खतरनाक नियर-फील्ड विकिरण का अनुमान कैसे लगाया जाए। कई मामलों में, एक उच्च-शक्ति वाले टावर के बिल्कुल बगल में माप लेना कठिन या असंभव होता है। इसके बजाय, नियामक अक्सर दूर के क्षेत्र (फार-फील्ड) में लिए गए रीडिंग पर भरोसा करते हैं और पीछे की ओर गणना करके यह अनुमान लगाने की कोशिश करते हैं कि पास में स्तर क्या हैं। शोधकर्ताओं ने एक गणितीय मॉडल का परीक्षण किया जो नियर-फील्ड चित्र को पुनर्गठित करने के लिए कुछ फार-फील्ड डेटा बिंदुओं का उपयोग करता है। उन्होंने पाया कि एक साधारण बैकवर्ड गणना अक्सर त्रुटियों की ओर ले जाती है, विशेष रूप से टावर के बहुत करीब, जहाँ भौतिकी तेजी से बदलती है। हालांकि, गणित में एक विशिष्ट बाधा (कन्स्ट्रेंट) जोड़कर—अनिवार्य रूप से मॉडल को इस भौतिक नियम का पालन करने के लिए मजबूर करना कि निकट सीमा पर क्षेत्र को एक निश्चित तरीके से व्यवहार करना चाहिए—वे सटीकता में नाटकीय रूप सुधार कर सके। इस परिष्कृत दृष्टिकोण ने उन्हें एक प्रतिशत से भी कम की त्रुटि दर के साथ नियर-फील्ड शक्ति की भविष्यवाणी करने में सक्षम बनाया, जो एक ऐसा स्तर की सटीकता है जो इन साइटों की सुरक्षित और प्रभावी ढंग से निगरानी करना संभव बनाता है बिना खतरनाक क्षेत्रों में सेंसर रखे।

शोधकर्ताओं ने अपने सिद्धांतों का क्षेत्र में भी परीक्षण किया। वे एक रेडियो स्टेशन पर गए जो तीन मीडियम-वेव एंटीना से सुसज्जित था और उन्होंने विभिन्न दूरियों पर वास्तविक विद्युत चुम्बकीय विकिरण को मापा। उन्होंने इन वास्तविक दुनिया के नंबरों की तुलना उनके नए मॉडलों द्वारा उत्पन्न भविष्यवाणियों से की। परिणाम आश्चर्यजनक थे। उन्नत गणना विधियों ने, जिन्होंने विशिष्ट करंट पैटर्न और तीन टावरों के बीच की परस्पर क्रिया को ध्यान में रखा, मापे गए डेटा के साथ लगभग पूरी तरह से मेल खाया। इसके विपरीत, मानक विधि ने स्पष्ट विचलन दिखाया, विशेष रूप से चुंबकीय क्षेत्र की रीडिंग में, जहाँ यह ट्रांसमिटरों से टावरों को जोड़ने वाली फीड लाइनों में बहने वाले जटिल करंट को समझने में विफल रही। इन फीड-लाइन प्रभावों की पहचान करके और उन्हें ठीक करके, टीम अपने सिमुलेशन को वास्तविकता के अनुरूप लाने में सफल रही, जिससे पुष्टि हुई कि उनका दृष्टिकोण इन शक्तिशाली ट्रांसमीटरों के आसपास के वातावरण की भविष्यवाणी करने के लिए विश्वसनीय है।

इस कार्य के निहितार्थ विद्युत चुम्बकीय सुरक्षा और विनियमन के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण हैं। यह अध्ययन दर्शाता है कि वर्तमान उद्योग मानक, जो दशकों से अस्तित्व में हैं, आधुनिक एंटीना डिजाइनों और मल्टी-टावर विन्यासों को संभालने के लिए बहुत कठोर हैं। शोधकर्ता तर्क देते हैं कि इन मानकों को उन अधिक सटीक गणना विधियों को शामिल करने के लिए अपडेट करने की आवश्यकता है जिन्हें उन्होंने प्रमाणित किया है। इन नए दृष्टिकोणों को अपनाकर, पर्यावरणीय एजेंसियां और स्टेशन संचालक विकिरण परिदृश्य की अधिक स्पष्ट तस्वीर प्राप्त कर सकते हैं। यह सटीकता केवल नंबरों के बारे में नहीं है; यह सुनिश्चित करने के बारे में है कि जिन अदृश्य तरंगों पर हम संचार के लिए निर्भर हैं, वे पास में रहने वाले और काम करने वाले लोगों के लिए अनावश्यक जोखिम पैदा न करें। दूरी से क्षेत्र की शक्ति की सटीक भविष्यवाणी करने की क्षमता नई निगरानी प्रौद्योगिकियों के द्वार खोलती है, जैसे कि ड्रोन, जो हवा से इन जटिल क्षेत्रों का मानचित्रण कर सकते हैं, जिससे उन अंतरालों को भरा जा सके जो जमीनी सेंसर छोड़ सकते हैं।

अंततः, यह शोध सैद्धांतिक भौतिकी और व्यावहारिक सुरक्षा के बीच के अंतर को पाटता है। यह दिखाता है कि हालांकि एक रेडियो टावर के आसपास की हवा परस्पर क्रिया करने वाली तरंगों का एक अराजक मिश्रण है, लेकिन यह समझ से परे नहीं है। सरल सूत्रों से आगे बढ़कर और उन विधियों को अपनाकर जो बिजली के प्रवाह और तरंगों के संयोजन की वास्तविक जटिलता का सम्मान करती हैं, वैज्ञानिक विद्युत चुम्बकीय वातावरण का अधिक सटीक मानचित्र प्रदान कर सकते हैं। यह स्पष्टता एंटीना के बेहतर डिजाइन, अधिक प्रभावी प्रदूषण नियंत्रण और उस प्रसारण बुनियादी ढांचे की सुरक्षा के प्रति उच्च स्तर का विश्वास प्रदान करती है जो हमारी दुनिया को जोड़े रखती है। यह कार्य एक अनुस्मारक के रूप में कार्य करता है कि रेडियो प्रसारण जैसे स्थापित क्षेत्र में भी, हमारी समझ को परिष्कृत करने और जनता की रक्षा के लिए उपयोग किए जाने वाले उपकरणों को बेहतर बनाने की हमेशा गुंजाइश रहती है।