En ingeniería eléctrica , un plano de tierra es una superficie conductora de electricidad , normalmente conectada a tierra eléctrica .
El término tiene dos significados diferentes en áreas separadas de la ingeniería eléctrica .
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. En las antenas monopolares , el plano de tierra está conectado a un lado de la línea de alimentación de la antena , generalmente el conductor de protección de un cable coaxial , y el otro lado está conectado al propio elemento monopolar. [1] La forma y el tamaño del plano de tierra juegan un papel importante en la determinación de sus características de radiación, incluida la ganancia .
Para funcionar como plano de tierra, la superficie conductora debe tener al menos un cuarto de la longitud de onda ( 1 /4 λ ) de las ondas de radio en radio. En antenas de frecuencia más baja , como los radiadores de mástil utilizados para antenas de transmisión, la Tierra misma (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 VHF o UHF , el plano de tierra puede ser más pequeño y se utilizan discos de metal, pantallas y cables como planos de tierra. En VHF y UHF superiores, la piel metálica de un automóvil o avión puede servir como plano de tierra para antenas de látigo que se proyectan desde él. En antenas de microbanda y antenas monopolares 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 de látigo de estilo de antena de plano de tierra , el "plano" consta de varios cables 1 /4 λ de largo que irradia 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 al otro lado del plano de tierra. En una antena monopolo, el patrón de radiación del monopolo más la " antena imagen " virtual hacen que parezca una antena dipolo de dos elementos con alimentación central . Por lo tanto, 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.
Una placa de tierra en una placa de circuito impreso (PCB) es una gran superficie o capa de lámina de cobre conectada al punto de tierra del circuito , normalmente un terminal de la fuente de alimentación . Sirve como ruta de retorno para la corriente de muchos componentes diferentes.
El plano de tierra suele ser lo más grande posible, cubriendo la mayor parte del área de la PCB que no está ocupada por las pistas del circuito. En las PCB multicapa, suele ser 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 colocar pistas 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 superficie de cobre también conduce las grandes corrientes de retorno de muchos componentes sin caídas de tensión significativas, lo que garantiza que la conexión a tierra de todos los componentes esté al mismo potencial de referencia.
En las placas de circuito impreso digitales y de radiofrecuencia , la principal razón 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, fluyen grandes pulsos de corriente 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 tensión a través de ellas puede crear pulsos de tensión de ruido que perturben otras partes del circuito (rebote de tierra). La gran área conductora del plano de tierra tiene una impedancia mucho menor que una traza de circuito, por lo que los pulsos de corriente causan menos perturbaciones.
Además, un plano de tierra debajo de las pistas de circuito impreso puede reducir la diafonía entre pistas adyacentes. Cuando dos pistas corren en paralelo, una señal eléctrica en una puede acoplarse a la otra a través de inducción electromagnética por líneas de campo magnético de una que unen a la otra; esto se llama diafonía . Cuando hay una capa de plano de tierra debajo, forma una línea de transmisión con la pista. Las corrientes de retorno en direcciones opuestas fluyen a través del plano de tierra directamente debajo de la pista. Esto confina la mayoría de los campos electromagnéticos al área cercana a la pista y, en consecuencia, reduce la diafonía.
En una placa de circuito multicapa, se suele utilizar un plano de alimentación además de un plano de tierra 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 una pista delgada. Esto permite la separación de las secciones analógicas y digitales de una placa o las entradas y salidas de los amplificadores. La pista delgada tiene una impedancia lo suficientemente baja como para mantener los dos lados muy cerca del mismo potencial, al mismo tiempo que evita que las corrientes de tierra de un lado se acoplen al otro lado, lo que causa un bucle de tierra .
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