Grundplatte - Ground plane

In der Elektrotechnik ist eine Erdungsebene eine elektrisch leitende Oberfläche, die normalerweise mit einer elektrischen Erdung verbunden ist . Der Begriff hat in verschiedenen Bereichen der Elektrotechnik zwei unterschiedliche Bedeutungen. In der Antennentheorie ist eine Masseebene eine leitende Oberfläche, die im Vergleich zur Wellenlänge groß ist , wie z. B. die Erde, die mit dem Erdungskabel des Senders verbunden ist und als reflektierende Oberfläche für Funkwellen dient . In Leiterplatten , ist eine Masseebene eine große Fläche aus Kupferfolie auf der Leiterplatte , die mit der Stromversorgung verbunden ist , Masseanschluß und dienen als Rückweg für den Strom , der von verschiedenen Komponenten auf der Platine.

Radioantennentheorie

In der Telekommunikation ist eine Grundebene eine flache oder nahezu flache horizontale leitende Oberfläche, die als Teil einer Antenne dient , um die Funkwellen von den anderen Antennenelementen zu reflektieren . Das Flugzeug muss nicht unbedingt mit Masse verbunden sein . Form und Größe der Grundebene spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung ihrer Strahlungseigenschaften einschließlich der Verstärkung.

Bei einer Monopolantenne fungiert die Erde als Grundebene, um nach unten gerichtete Funkwellen zu reflektieren, sodass sie scheinbar von einer Bildantenne stammen .

Um als Grundebene zu fungieren, muss die leitende Oberfläche mindestens ein Viertel der Wellenlänge ( λ / 4) der Radiowellen im Radius betragen. In niedrigeren Frequenzantennen, wie die Mast Heizkörper für Broadcast - Antennen verwendet, die Erde selbst (oder ein Wasserkörper, wie ein Salz Sumpf oder Ozean) als Erdungsebene verwendet. Bei Antennen mit höherer Frequenz im UKW- oder UHF- Bereich kann die Erdungsebene kleiner sein, und Metallscheiben, Abschirmungen und Drähte werden als Erdungsebenen verwendet. Bei oberem UKW und UHF kann die Metallhaut eines Autos oder Flugzeugs als Grundebene für Peitschenantennen dienen, die aus ihr herausragen . Bei Mikrostreifenantennen und gedruckten Monopolantennen dient ein Bereich aus Kupferfolie auf der gegenüberliegenden Seite einer Leiterplatte als Masseebene. Die Grundebene muss keine durchgehende Oberfläche sein. In der Grundebene Antennen Stil Peitschenantenne , die „plant“ besteht aus mehreren Drähten λ / 4 lange abstrahlenden von der Basis eines Viertelwellen - Peitschenantenne.

Die Funkwellen von einem Antennenelement, die von einer Grundebene reflektiert werden, scheinen von einem Spiegelbild der Antenne zu stammen, die sich auf der anderen Seite der Grundebene befindet. In einer Monopolantenne erscheint das Strahlungsmuster des Monopols plus der virtuellen " Bildantenne " als Dipolantenne mit zwei Elementen und zentraler Speisung . Ein über einer idealen Grundebene montierter Monopol weist also ein Strahlungsmuster auf, das mit einer Dipolantenne identisch ist. Die Zuleitung vom Sender oder Empfänger ist zwischen dem unteren Ende des Monopolelements und der Masseebene angeschlossen. Die Grundplatte muss eine gute Leitfähigkeit haben; Jeder Widerstand in der Masseebene liegt in Reihe mit der Antenne und dient dazu, die Leistung vom Sender abzuleiten.

Leiterplatten

Die großen hellen Bereiche auf dieser Leiterplatte sind die Masseebene

Eine Massefläche auf einer Leiterplatte (PCB) ist eine große Fläche oder Schicht aus Kupferfolie verbunden mit der Schaltung des Massepunkt, in der Regel eine Klemme der Stromversorgung . Es dient als Rückweg für Strom aus vielen verschiedenen Komponenten.

Eine Masseebene wird häufig so groß wie möglich gemacht und deckt den größten Teil des Bereichs der Leiterplatte ab, der nicht von Leiterbahnen belegt ist. Bei mehrschichtigen Leiterplatten handelt es sich häufig um eine separate Schicht, die die gesamte Leiterplatte bedeckt. Dies vereinfacht das Schaltungslayout und ermöglicht es dem Konstrukteur, jede Komponente zu erden, ohne zusätzliche Leiterbahnen ausführen zu müssen. Erdungskabel, die geerdet werden müssen, werden direkt durch ein Loch in der Platine zur Erdungsebene auf einer anderen Schicht geführt. Die große Kupferfläche leitet auch die großen Rückströme von vielen Komponenten ohne signifikante Spannungsabfälle, wodurch sichergestellt wird, dass die Erdungsverbindung aller Komponenten auf dem gleichen Referenzpotential liegt.

Bei Digital- und Hochfrequenz- Leiterplatten besteht der Hauptgrund für die Verwendung großer Erdungsebenen darin, elektrisches Rauschen und Interferenzen durch Erdschleifen zu reduzieren und ein Übersprechen zwischen benachbarten Leiterbahnen zu verhindern . Wenn digitale Schaltkreise den Zustand wechseln, fließen große Stromimpulse von den aktiven Geräten (Transistoren oder integrierten Schaltkreisen) durch den Erdungskreis. Wenn die Stromversorgung und die Erdungsspuren eine signifikante Impedanz haben, kann der Spannungsabfall über ihnen Rauschspannungsimpulse erzeugen, die andere Teile der Schaltung stören (Erdungssprung). Der große leitende Bereich der Masseebene hat eine viel niedrigere Impedanz als eine Schaltungsspur, so dass die Stromimpulse weniger Störungen verursachen.

Zusätzlich kann eine Masseebene unter Leiterplattenspuren das Übersprechen zwischen benachbarten Leiterbahnen verringern. Wenn zwei Spuren parallel verlaufen, kann ein elektrisches Signal in einer durch elektromagnetische Induktion durch Magnetfeldlinien von einer, die die andere verbindet, in die andere eingekoppelt werden . Dies nennt man Übersprechen . Wenn eine Grundebenenschicht darunter vorhanden ist, bildet sie mit der Spur eine Übertragungsleitung . Die entgegengesetzt gerichteten Rückströme fließen durch die Grundebene direkt unter der Spur. Dies beschränkt die meisten elektromagnetischen Felder auf den Bereich in der Nähe der Spur und verringert folglich das Übersprechen.

Eine Leistungsebene wird häufig zusätzlich zu einer Masseebene in einer mehrschichtigen Leiterplatte verwendet, um Gleichstrom auf die aktiven Geräte zu verteilen. Die beiden gegenüberliegenden Bereiche aus Kupfer erzeugen einen großen Entkopplungskondensator für parallele Platten , der verhindert, dass Rauschen über die Stromversorgung von einem Stromkreis zu einem anderen gekoppelt wird .

Grundebenen werden manchmal geteilt und dann durch eine dünne Spur verbunden. Dies ermöglicht die Trennung von analogen und digitalen Abschnitten einer Karte oder den Ein- und Ausgängen von Verstärkern. Die dünne Spur hat eine Impedanz , die niedrig genug ist , um die beiden Seiten sehr nahe am gleichen Potential zu halten, während die Erdströme einer Seite nicht in die andere Seite eingekoppelt werden , was zu einer Erdschleife führt .

Siehe auch

Verweise

 Dieser Artikel enthält  gemeinfreies Material aus dem Dokument der General Services Administration : "Federal Standard 1037C" . (zur Unterstützung von MIL-STD-188 )