En ingeniería eléctrica , un plano de tierra es una superficie eléctricamente conductora , generalmente conectada a tierra eléctrica . El término tiene dos significados diferentes en áreas separadas de la ingeniería eléctrica. En la teoría de la antena , un plano de tierra es una superficie conductora grande en comparación con la longitud de onda , como la Tierra, que está conectada al cable de tierra del transmisor y sirve como superficie reflectante para las ondas de radio . En las placas de circuito impreso , un plano de tierra es un área grande de lámina de cobre en la placa que está conectada a la tierra de la fuente de alimentación. terminal y sirve como una ruta de retorno para la corriente de diferentes componentes en la placa.
Teoría de la antena de radio
En telecomunicaciones , un plano de tierra es una superficie conductora horizontal plana o casi plana que sirve como parte de una antena para reflejar las ondas de radio de los otros elementos de la antena. No es necesario que el avión esté conectado a tierra . [se necesita aclaración ] La forma y el tamaño del plano terrestre juegan un papel importante en la determinación de sus características de radiación, incluida la ganancia.
Para funcionar como un plano de tierra, la superficie conductora debe tener al menos un cuarto de la longitud de onda ( λ / 4) de las ondas de radio de diámetro. En las antenas de baja frecuencia , como los radiadores de mástil utilizados para las antenas de transmisión, la propia Tierra (o un cuerpo de agua como una marisma o un océano) se utiliza como plano de tierra. Para antenas de frecuencia más alta, en el rango de VHF o UHF , el plano de tierra puede ser más pequeño, y se utilizan discos metálicos, pantallas y cables como planos de tierra. En VHF y UHF superiores, la piel metálica de un automóvil o avión puede servir como un plano de tierra para las antenas de látigo que se proyectan desde él. En antenas de microbanda y antenas monopolo impresas , un área de lámina de cobre en el lado opuesto de una placa de circuito impreso sirve como plano de tierra. El plano de tierra no necesita ser una superficie continua. En la antena tipo látigo de antena de plano de tierra , el "plano" consta de varios cables de λ / 4 de largo que irradian desde la base de una antena de látigo de cuarto de onda.
Las ondas de radio de un elemento de antena que se reflejan en un plano de tierra parecen provenir de una imagen especular de la antena ubicada en el otro lado del plano de tierra. En una antena monopolo, el patrón de radiación del monopolo más la " antena de imagen " virtual hacen que parezca una antena dipolo de dos elementos con alimentación central . Entonces, un monopolo montado sobre un plano de tierra ideal tiene un patrón de radiación idéntico a una antena dipolo. La línea de alimentación del transmisor o receptor está conectada entre el extremo inferior del elemento monopolo y el plano de tierra. El plano de tierra debe tener buena conductividad; cualquier resistencia en el plano de tierra está en serie con la antena y sirve para disipar la energía del transmisor.
Placas de circuito impreso
Un plano de tierra en una placa de circuito impreso (PCB) es un área grande o capa de lámina de cobre conectada al punto de tierra del circuito , generalmente un terminal de la fuente de alimentación . Sirve como ruta de retorno para la corriente de muchos componentes diferentes.
A menudo, un plano de tierra se hace lo más grande posible, cubriendo la mayor parte del área de la PCB que no está ocupada por trazos de circuito. En PCB multicapa, a menudo es una capa separada que cubre toda la placa. Esto sirve para facilitar el diseño del circuito, lo que permite al diseñador conectar a tierra cualquier componente sin tener que ejecutar trazas adicionales; los cables de los componentes que necesitan conexión a tierra se enrutan directamente a través de un orificio en la placa hasta el plano de tierra en otra capa. La gran área de cobre también conduce las grandes corrientes de retorno de muchos componentes sin caídas de voltaje significativas, lo que garantiza que la conexión a tierra de todos los componentes tenga el mismo potencial de referencia.
En PCB digitales y de radiofrecuencia , la razón principal para utilizar grandes planos de tierra es reducir el ruido eléctrico y la interferencia a través de bucles de tierra y evitar la diafonía entre trazas de circuitos adyacentes. Cuando los circuitos digitales cambian de estado, grandes pulsos de corriente fluyen desde los dispositivos activos (transistores o circuitos integrados) a través del circuito de tierra. Si la fuente de alimentación y las trazas de tierra tienen una impedancia significativa, la caída de voltaje a través de ellos puede crear pulsos de voltaje de ruido que perturban otras partes del circuito (rebote de tierra). La gran área conductora del plano de tierra tiene una impedancia mucho menor que la traza de un circuito, por lo que los pulsos de corriente causan menos perturbaciones.
Además, un plano de tierra debajo de las pistas de circuitos impresos puede reducir la diafonía entre las pistas adyacentes. Cuando dos trazas corren en paralelo, una señal eléctrica en una se puede acoplar a la otra a través de inducción electromagnética por líneas de campo magnético de una que une a la otra; esto se llama diafonía . Cuando una capa de plano de tierra está presente debajo, forma una línea de transmisión con la traza. Las corrientes de retorno de dirección opuesta fluyen a través del plano de tierra directamente debajo de la traza. Esto confina la mayoría de los campos electromagnéticos al área cercana a la traza y, en consecuencia, reduce la diafonía.
Un plano de potencia se utiliza a menudo además de un plano de tierra en una placa de circuito multicapa, para distribuir la alimentación de CC a los dispositivos activos. Las dos áreas enfrentadas de cobre crean un gran condensador de desacoplamiento de placas paralelas que evita que el ruido se acople de un circuito a otro a través de la fuente de alimentación .
Los planos de tierra a veces se dividen y luego se conectan mediante un trazo delgado. Esto permite la separación de secciones analógicas y digitales de una placa o las entradas y salidas de amplificadores. La traza delgada tiene una impedancia lo suficientemente baja como para mantener los dos lados muy cerca del mismo potencial mientras evita que las corrientes de tierra de un lado se acoplen al otro lado, causando un bucle de tierra .
Ver también
- Antena (radio) § Efecto de tierra
- Lista de temas de electrónica
- Plano de potencia
- Microstrip y Stripline
- Propagación de línea de visión
- Radio electrónica y propagación por radio
- Fresado de placa de circuito impreso
- Vertido de cobre
- Sintonizador de antena
- Pantalla de Salisbury
Referencias
- Antena de plano de tierra modelo FA-2 del libro PRACTICAL ANTENNA DESIGN segunda edición , copyright filipino , 1990, 1994 de Elpidio C. Latorilla
- John Whitmore, sci.electronics> ¿Qué es una PCB con plano de tierra? . 11 de agosto de 1992.
- Calculadora de antena de plano de tierra de cuarto de onda aficionado . Computer Support Group, Inc., 2006.
- ¿Qué es un plano de tierra? Criterion Cellular, 2006.
Este artículo incorpora material de dominio público del documento de la Administración de Servicios Generales : "Norma Federal 1037C" .(en apoyo de MIL-STD-188 )