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単線伝送線路（または単線方式）とは、単一の導体のみを使用して電力または信号を伝送する方法である。これは、完全な回路を構成するために一対の電線を使用する通常の方式、あるいは同様に（少なくとも）2本の導体を含む電線を使用する方式とは対照的である。
単線送電線は、本稿では扱わない単線接地帰還システムとは異なります。後者のシステムは、接地端子電極間の第2の導体として大地を利用し、大地を介した帰還電流に依存しています。単線送電線には、いかなる形態の第2の導体も存在しません。
1780年代にはすでに、ルイージ・ガルヴァーニが静電気によってカエルの脚がぴくぴくと動く現象を初めて観察し、さらにカエルと金属が接触することで完全な回路が形成され、同じ現象が起こることも観察しました。この現象は、後にボルタ電池（電池）として知られるようになる装置によって偶然発生した電流として、アレッサンドロ・ボルタによって正しく理解されました。ボルタは、電流の実際の性質が全く理解されていなかったにもかかわらず（電子が発見されるのはそれから1世紀後のことでした）、このような電流が電気を伝導するには完全な回路が必要であることを理解していました。その後の電気モーターや照明などの開発はすべて、完全な回路の原理に基づいており、一般的には一対の導線が用いられますが、時には（商業用電信のように）地面を第2の導体として使用することもありました。
19世紀末、ニコラ・テスラは、共振に同調した電気ネットワークを使用することで、帰還線を必要とせずに単一の導体のみを使用して電力を伝送できることを実証しました。これは「帰還線なしの1本の導線による電気エネルギーの伝送」と呼ばれました。[ 1 ] [ 2 ]
1891年、1892年、1893年にニューヨークのコロンビア大学で開催されたAIEE、ロンドンのIEE、フィラデルフィアのフランクリン研究所、セントルイスの国立電気照明協会で行われた電気発振器の実演講演では、電気モーターと単端子白熱灯は、帰還線なしで単一の導体を通して動作させることができることが示されました。完全な回路がないように見えますが、このようなトポロジーは、負荷の自己容量と寄生容量のおかげで、実質的に帰還回路を得ます。[ 3 ] [ 4 ]
したがって、適切な寸法のコイルをそれぞれ片方の端だけを低起電力の機械の主電源に接続し、通常の意味での回路は閉じていないものの、適切な共振効果が得られれば機械は焼損する可能性がある。[ 5 ]
機械を「焼き切る」という最後の表現は、電気共振によって得られる適切なインピーダンス整合があれば、そのようなシステムが大きな電力を伝送できる能力を強調するためのものでした。
この観察結果は何度か再発見され、例えば1993年の特許で説明されている。[ 6 ]この意味での単線伝送は直流では不可能であり、標準的な50～60Hzの電力線周波数のような低周波交流では全く実用的ではない。しかし、はるかに高い周波数では、帰還回路（通常は2本目の線で接続される）が、負荷 自体の筐体のような大きな導電性物体の自己容量と寄生容量を利用することが可能である。テスラ自身が認識していたように、大きな物体の自己容量は通常の意味ではかなり小さいが、十分に大きなインダクタ（使用する周波数による）を使用してその容量を共振させることが可能であり、その場合、その容量の大きなリアクタンスは相殺される。これにより、極めて高い電圧源を必要とせずに、大きな電流を流す（そして負荷に大きな電力を供給する）ことができる。この電力伝送方法は長い間理解されてきたが、この原理を電力伝送に商業的に応用したことがあるかどうかは明らかではない。
1899年には早くも、アーノルド・ゾンマーフェルトは、単一の円筒形導体（ワイヤ）を用いて表面波として高周波エネルギーを伝搬させることを予測した論文[ 7 ]を発表した。ゾンマーフェルトの「ワイヤ波」は伝搬モードとして理論的には興味深いものであったが、このような実験はおろか、実用化に十分な高周波を生成する技術が存在するようになる何十年も前のことであった。さらに、この解はエネルギーの入出力結合を考慮せずに無限伝送線路を記述したものであった。
しかし、特に実用的な関心を集めたのは、同じワイヤを同軸ケーブルの中心導体として使用した場合と比較して、信号減衰が大幅に低減されるという予測であった。伝送される電力全体がワイヤを流れる古典的な電流によるものだという従来の説明とは異なり、この場合、導体自体の電流ははるかに小さく、エネルギーは電磁波（電波）の形で伝送される。しかし、この場合、ワイヤの存在は、その波を放射するのではなく、負荷に向かって導く働きをする。
同軸ケーブル（またはその他の2線式伝送線路）を使用した場合と比較して、オーム損失が低減されることは、これらの損失が非常に大きくなる高周波域において特に大きな利点となります。実際には、マイクロ波以下の周波数帯でこの伝送モードを使用することは、ワイヤ周囲の電界パターンが非常に広範囲に及ぶため、非常に困難です。導体に沿った表面波に関連する電界は、導体径の何倍もの広範囲に及ぶため、これらの領域に意図せず存在する金属材料や誘電体材料は、モードの伝搬を歪ませ、通常は伝搬損失を増加させます。横方向のこの寸法には波長依存性はありませんが、伝搬方向では、伝搬モードを完全にサポートするために、少なくとも半波長の導体長が必要となります。これらの理由から、1950年頃以前に利用可能だった周波数帯では、このような伝送方式の実際的な欠点は、ワイヤの有限導電率による損失低減効果を完全に上回っていました。
1950年、ゲオルク・ゴウバウは、ワイヤーに沿った表面波モードのゾンマーフェルトの発見を再検討したが、その実用性を高めることを目的とした。[ 8 ]主な目標の1つは、導体の周囲の電界の範囲を縮小し、そのようなワイヤーが不当に大きなクリアランスを必要としないようにすることであった。もう1つの問題は、ゾンマーフェルトの波が正確に光速（または空気で囲まれたワイヤーの場合は空気中の光速よりわずかに低い速度）で伝搬することであった。これは、放射損失が発生することを意味した。直線ワイヤーは長いワイヤーアンテナとして機能し、導波モードから放射電力を奪う。伝搬速度を光速より低くできれば、周囲の電界はエバネッセントになり、ワイヤーの周囲の領域からエネルギーを伝搬することができなくなる。
Goubauは、ねじ付きワイヤを使用した場合のように、表面が（正確な円筒形ではなく）構造化されたワイヤの有益な効果を調査した。さらに重要なことに、Goubauはワイヤを囲む誘電体層の適用を提案した。波長に比べてかなり薄い誘電体層でも、伝搬速度を光速より十分に低下させ、長い直線ワイヤの表面に沿った表面波からの放射損失をなくすことができる。この変更により、ワイヤを囲む電磁場の面積が大幅に減少するという効果もあり、他の実用的な懸念事項にも対処できた。[ 9 ]
最後に、グーバウは、このような送電線から電気エネルギーを発射（および受信）する方法を発明した。特許取得済みの[ 10 ]グーバウ線（または「G線」）は、誘電体材料でコーティングされた単一の導体で構成されている。両端には、中央に穴が開いた幅広の円盤があり、そこを送電線が通る。円盤は円錐の底面であることもあり、その狭い方の端は通常、同軸給電線のシールドに接続され、送電線自体は同軸の中心導体に接続される。
Goubauの設計では周囲の電界の範囲が縮小されているにもかかわらず、このようなデバイスはUHF周波数以上でのみ実用的になります。金属損失がさらに大きいテラヘルツ周波数での技術開発により、表面波とGoubau線を使用した伝送の利用が有望視されています。[ 11 ]
2003年から2008年にかけて、ゾンマーフェルトのオリジナルの裸線（被覆なし）を使用するが、ゴーバウが開発したランチャーに似たランチャーを採用したシステムの特許が出願された。[ 12 ] [ 13 ]これは2009年まで「E-Line」という名前で宣伝された。[ 14 ]この線は完全に非放射であり、これまで無視されていた横磁界（TM）波によってエネルギーを伝搬すると主張されている。意図された用途は、通信目的で既存の電力線を使用する高情報レートチャネルである。[ 15 ]
「約10年前、私は電流を遠距離に送る際に帰還線を用いる必要は全くなく、1本の導線だけであらゆる量のエネルギーを伝送できるという事実に気づきました。私はこの原理を数々の実験で実証し、当時、科学者の間で大きな注目を集めました。」