В электротехнике заземляющая плоскость — это электропроводящая поверхность , обычно соединенная с электрическим заземлением .
Этот термин имеет два различных значения в различных областях электротехники .
В телекоммуникациях заземляющая плоскость представляет собой плоскую или почти плоскую горизонтальную проводящую поверхность, которая служит частью антенны для отражения радиоволн от других элементов антенны. В монопольных антеннах заземляющая плоскость подключается к одной стороне фидерной линии антенны , обычно к экранирующему проводнику коаксиального кабеля , а другая сторона подключается к самому монопольному элементу. [1] Форма и размер заземляющей плоскости играют важную роль в определении ее характеристик излучения, включая усиление .
Чтобы функционировать в качестве заземляющей плоскости, проводящая поверхность должна иметь длину не менее четверти длины волны ( 1 /4 λ ) радиоволн в радиусе. В антеннах с более низкой частотой , таких как мачтовые излучатели, используемые для вещательных антенн, сама Земля (или водоем, такой как солончак или океан) используется в качестве заземляющей плоскости. Для антенн с более высокой частотой, в диапазоне VHF или UHF , заземляющая плоскость может быть меньше, и в качестве заземляющих плоскостей используются металлические диски, экраны и провода. В верхнем диапазоне VHF и UHF металлическая обшивка автомобиля или самолета может служить заземляющей плоскостью для штыревых антенн, выступающих из нее. В микрополосковых антеннах и печатных несимметричных антеннах область медной фольги на противоположной стороне печатной платы служит заземляющей плоскостью. Заземляющая плоскость не обязательно должна быть сплошной поверхностью. В штыревой антенне типа заземляющей плоскости «плоскость» состоит из нескольких проводов 1 /4 λ, излучаемая из основания четвертьволновой штыревой антенны.
Радиоволны от элемента антенны, которые отражаются от плоскости заземления, кажутся исходящими от зеркального отображения антенны, расположенной с другой стороны плоскости заземления. В монопольной антенне диаграмма направленности монополя плюс виртуальная « образная антенна » делают ее похожей на двухэлементную дипольную антенну с центральным питанием . Таким образом, монополь, установленный над идеальной плоскостью заземления, имеет диаграмму направленности, идентичную дипольной антенне. Линия питания от передатчика или приемника подключается между нижним концом монопольного элемента и плоскостью заземления. Плоскость заземления должна иметь хорошую проводимость; любое сопротивление в плоскости заземления последовательно с антенной и служит для рассеивания мощности от передатчика.
Заземляющая плоскость на печатной плате (ПП) представляет собой большую площадь или слой медной фольги, подключенной к точке заземления схемы , обычно к одному выводу источника питания . Она служит в качестве обратного пути для тока от множества различных компонентов.
Заземляющая плоскость часто делается максимально большой, покрывая большую часть площади печатной платы, которая не занята дорожками схемы. В многослойных печатных платах это часто отдельный слой, покрывающий всю плату. Это облегчает компоновку схемы, позволяя проектировщику заземлять любой компонент без необходимости прокладывать дополнительные дорожки; выводы компонентов, требующие заземления, 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 находится на одном и том же опорном потенциале.
В цифровых и радиочастотных печатных платах основной причиной использования больших заземляющих плоскостей является снижение электрических шумов и помех через контуры заземления и предотвращение перекрестных помех между соседними дорожками цепи. Когда цифровые схемы переключают состояние, большие импульсы тока протекают от активных устройств (транзисторов или интегральных схем) через заземляющую цепь. Если источник питания и заземляющие дорожки имеют значительный импеданс, падение напряжения на них может создавать импульсы шумового напряжения, которые нарушают работу других частей цепи (отскок заземления). Большая проводящая площадь заземляющей плоскости имеет гораздо более низкий импеданс, чем дорожка цепи, поэтому импульсы тока вызывают меньше помех.
Кроме того, заземляющая плоскость под печатными дорожками может уменьшить перекрестные помехи между соседними дорожками. Когда две дорожки идут параллельно, электрический сигнал в одной из них может быть связан с другой посредством электромагнитной индукции линиями магнитного поля от одной, связывающей другую; это называется перекрестными помехами . Когда слой заземляющей плоскости присутствует снизу, он образует линию передачи с дорожкой. Противоположно направленные обратные токи протекают через заземляющую плоскость непосредственно под дорожкой. Это ограничивает большую часть электромагнитных полей областью вблизи дорожки и, следовательно, уменьшает перекрестные помехи.
Плоскость питания часто используется в дополнение к плоскости заземления в многослойной печатной плате для распределения мощности постоянного тока к активным устройствам. Две обращенные друг к другу области меди создают большой параллельный пластинчатый развязывающий конденсатор , который предотвращает передачу шума из одной схемы в другую через источник питания .
Иногда заземляющие плоскости разделяются, а затем соединяются тонкой дорожкой. Это позволяет разделить аналоговые и цифровые разделы платы или входы и выходы усилителей. Тонкая дорожка имеет достаточно низкий импеданс , чтобы удерживать обе стороны очень близко к одному и тому же потенциалу, не допуская при этом, чтобы токи заземления одной стороны связывались с другой стороной, вызывая контур заземления .
В этой статье использованы материалы из общедоступного федерального стандарта 1037C. Администрация общих служб . Архивировано из оригинала 2022-01-22. (в поддержку MIL-STD-188 ).