Наземная плоскость

В электротехнике заземляющая плоскость — это электропроводящая поверхность , обычно соединенная с электрическим заземлением .

Этот термин имеет два разных значения в отдельных областях электротехники.

В теории антенн плоскость заземления — это проводящая поверхность, большая по сравнению с длиной волны , такая как Земля, которая соединена с заземляющим проводом передатчика и служит отражающей поверхностью для радиоволн .

В печатных платах плоскость заземления представляет собой большую область медной фольги на плате, которая соединена с клеммой заземления источника питания и служит обратным путем для тока от различных компонентов на плате.

Теория радиоантенн [ править ]

В телекоммуникациях заземляющая плоскость — это плоская или почти плоская горизонтальная проводящая поверхность, которая служит частью антенны и отражает радиоволны от других элементов антенны. Плоскость не обязательно должна быть заземлена, чтобы ее можно было использовать в качестве отражающей поверхности для радиоволн. ^[1] Форма и размер заземляющего слоя играют важную роль в определении его характеристик излучения, включая коэффициент усиления .

Чтобы функционировать в качестве заземляющего слоя, проводящая поверхность должна иметь площадь не менее четверти длины волны ( 1/4 по радиоволн $λ$ ) радиусу. В низкочастотных антеннах , таких как мачтовые излучатели, используемые в радиовещательных антеннах, сама Земля (или водоем, например солончак или океан) используется в качестве наземной плоскости. Для более высокочастотных антенн, в диапазоне ОВЧ или УВЧ , заземляющая пластина может быть меньшего размера, а в качестве заземляющих пластин используются металлические диски, экраны и провода. В верхних диапазонах ОВЧ и УВЧ металлическая обшивка автомобиля или самолета может служить заземлением для штыревых антенн выступающих из нее . В микрополосковых антеннах и печатных монопольных антеннах участок медной фольги на противоположной стороне печатной платы служит заземляющим слоем. Заземляющая плоскость не обязательно должна представлять собой сплошную поверхность. В заземлением штыревой антенне с «плоскость» состоит из нескольких проводов. Длиной 1/4 , . $λ$ исходящий от основания четвертьволновой штыревой антенны

Радиоволны от антенного элемента, которые отражаются от заземляющего слоя, кажутся исходящими от зеркального отображения антенны, расположенной на другой стороне заземляющего слоя. В монопольной антенне диаграмма направленности монополя плюс виртуальная « изображающая антенна » делают ее похожей на двухэлементную дипольную антенну с центральным питанием . Таким образом, монополь, установленный на идеальной заземленной поверхности, имеет диаграмму направленности, идентичную дипольной антенне. Линия питания от передатчика или приемника подключается между нижним концом монопольного элемента и плоскостью заземления. Заземляющий слой должен иметь хорошую проводимость; любое сопротивление в заземляющем слое включено последовательно с антенной и служит для рассеивания мощности передатчика.

Печатные платы [ править ]

Плоскость заземления на печатной плате схемы (PCB) представляет собой большую площадь или слой медной фольги, соединенный с точкой заземления , обычно с одной клеммой источника питания . Он служит обратным путем для тока от множества различных компонентов.

Заземляющую плоскость часто делают максимально большой, покрывая большую часть площади печатной платы, не занятой дорожками схемы. В многослойных печатных платах это часто отдельный слой, покрывающий всю плату. Это упрощает компоновку схемы, позволяя разработчику заземлить любой компонент без необходимости прокладывать дополнительные трассы; Выводы компонентов, нуждающиеся в заземлении, прокладываются непосредственно через отверстие в плате к заземляющей плоскости на другом слое. Большая площадь меди также проводит большие обратные токи от многих компонентов без значительных падений напряжения, гарантируя, что заземление всех компонентов имеет один и тот же опорный потенциал.

В цифровых и радиочастотных печатных платах основной причиной использования больших заземляющих пластин является снижение электрического шума и помех через контуры заземления , а также предотвращение перекрестных помех между соседними дорожками схемы. Когда цифровые схемы переключают состояние, большие импульсы тока протекают от активных устройств (транзисторов или интегральных схем) через цепь заземления. Если проводники питания и заземления имеют значительный импеданс, падение напряжения на них может создавать импульсы шумового напряжения, которые нарушают работу других частей схемы (отскок земли). Большая проводящая площадь заземляющего слоя имеет гораздо меньший импеданс, чем дорожка цепи, поэтому импульсы тока вызывают меньшие помехи.

Кроме того, плоскость заземления под дорожками печатной платы может уменьшить перекрестные помехи между соседними дорожками. Когда две дорожки идут параллельно, электрический сигнал в одной может быть связан с другой посредством электромагнитной индукции с помощью линий магнитного поля от одной, соединяющей другую; это называется перекрестными помехами . Когда под ним находится слой заземления, он образует линию передачи с дорожкой. Противоположно направленные обратные токи протекают через заземляющий слой непосредственно под дорожкой. Это ограничивает большую часть электромагнитных полей областью вблизи трассы и, следовательно, уменьшает перекрестные помехи.

Плоскость питания часто используется в дополнение к плоскости заземления в многослойной плате для распределения мощности постоянного тока между активными устройствами. Две медные области, обращенные друг к другу, создают большой развязывающий конденсатор с параллельными пластинами , который предотвращает передачу шума от одной цепи к другой через источник питания .

Заземляющие плоскости иногда разделяются, а затем соединяются тонкой дорожкой. Это позволяет разделить аналоговую и цифровую части платы или входы и выходы усилителей. Тонкая дорожка имеет достаточно низкий импеданс , чтобы обе стороны оставались очень близкими к одному и тому же потенциалу, в то же время не позволяя токам заземления одной стороны соединяться с другой стороной, создавая контур заземления .

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ «Руководство по предварительному обучению COMT» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2021 г. Проверено 8 июля 2022 г.

Модель наземной антенны FA-2 из книги «ПРАКТИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН АНТЕННЫ» , второе издание , авторские права Филиппин , 1990, 1994, Эльпидио К. Латорилла.
Джон Уитмор, научная электроника > Что такое печатная плата с заземляющим слоем? . 11 августа 1992 года.
любительской четвертьволновой Калькулятор земной плоской антенны . Группа компьютерной поддержки, Inc., 2006.
Что такое наземная плоскость? Критерий сотовой связи, 2006.

В этой статье использованы общедоступные материалы из Федеральный стандарт 1037C . Управление общего обслуживания . Архивировано из оригинала 22 января 2022 г. (в поддержку MIL-STD-188 ).

[1] «Руководство по предварительному обучению COMT» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 4 июля 2021 г. Проверено 8 июля 2022 г.

[1]