Obvod s rozloženými parametry

Obvody s rozloženými parametryjsouelektrické obvodysložené z úsekůpřenosových vedenía jiných prvků s rozloženými parametry. Tyto obvody mají stejné funkce jako běžné obvody složené zpasivníchsoučástek, např.kondenzátorů,cívekatransformátorů. Používají se většinou promikrovlnnéfrekvence, kde by implementace s použitím běžných součástek byla obtížná (nebo nemožná).
Běžné obvody se skládají ze samostatných součástek (diskrétních i integrovaných), které jsou propojeny různě realizovaným vodivým médiem. Obvody s rozloženými parametry jsou vytvořeny přímo tvarováním vodivého média do určitý vzorů. Hlavní výhodou obvodů s rozloženými parametry je, že mohou být vyráběny stejně levně jako výrobky splošnými spojipro zákaznické výrobky, např.satelitní televizní přijímače. Pro aplikace, jako jsou např.radary,satelitní komunikační prostředkynebomikrovlnné spojemohou být vytvářeny také v provedeních využívajícíchkoaxiální vedenímnebovlnovody.
Často používaným jevem v obvodech s rozloženými parametry je, že určitý úsek přenosového vedení se může chovat jakorezonátor. Ke komponentám s rozloženými parametry, které používají vedení, patřípahýly,vazební vedení, a kaskádované vedení. K obvodům vytvořeným z těchto komponent patřífiltry,rozbočovače,směrové vazební členyacirkulátory.
Obvody s rozloženými parametry byly studovány ve 20. a 30. letech 20. století, ale až dodruhé světové válkynebyly významně použity; za války našly použití vradarech. I po válce bylo jejich využití zpočátku omezeno na vojenské a vesmírné aplikace, a narozhlasovéatelevizní vysílání, ale pokrok v oborumateriálové vědybrzy vedl k dalším aplikacím. Nyní se používají i ve výrobcích pro civilní použití např. v elektronice vsatelitních parabolických anténáchnebo vmobilních telefonech.
Pro návrh obvodů s rozloženými parametry se používámodel s rozloženými prvky, u něhož se na rozdíl odmodelu se soustředěnými prvkypředpokládá, že jednotlivé pasivníelektrické prvky, které jsou nositeliodporu,kapacityaindukčnosti, nejsou „soustředěny“ v jednom bodě prostoru v podoběrezistorů,kondenzátorůnebocívek, ale jsou rozložené v prostoru. Model rozložených prvků je třeba použít v případě, že tento předpoklad neplatí a parametry jednotlivých prvků je nutné uvažovat rozložené v prostoru. Předpoklad o bodovosti prvků je porušen, pokud doba, kterou elektrický signál potřebuje, aby se dostal z jedné svorky součástky na druhou je příliš velká ve srovnání se zpracovávaným kmitočtem. „Příliš dlouhá doba“ v tomto kontextu znamená dobu, při které dojde k významné změněfáze signálu. Velikost změny fáze závisí nafrekvencivln (která je nepřímo úměrnávlnové délce). Běžné inženýrské pravidlo je přejít od modelu se soustředěnými parametry k modelu s rozloženými parametry, když rozměry a vzdálenosti jsou větší než jedna desetina vlnové délky (což představuje fázový posuv 36°). Model se soustředěnými parametry pak úplně selhává, pokud jsou fyzické rozměry obvodů rovné čtvrtině vlnové délky (fázový posuv 90°), kdy již nelze predikovat ani hodnotu, ale ani povahu komponent. Kvůli této závislosti na vlnové délce se na vyšších frekvencích většinou používá model s rozloženými prvky. Naopak při nízkých frekvencích jsou komponenty s rozloženými parametry příliš objemné. Konstrukce s rozloženými prvky jsou proveditelné od300MHz, a jsou preferovanou technologií promikrovlnnéfrekvence nad1 GHz.
Neexistuje žádná jasná hranice kmitočtů, od nichž se model s rozloženými prvky musí používat. Tato hranice obvykle leží někde mezi 100 a500 MHz, ale technologické rozměry jsou také významné; miniaturizované obvody mohou používat model se soustředěnými parametry i při vyšších frekvencích.Desky plošných spojůpři použitíklasického osazování do otvorůjsou rozměrnější než ekvivalentní konstrukce používajícípovrchovou montáž.Hybridní integrované obvodyjsou menší než technologie plošných spojů amonolitické integrované obvodyjsou ještě menší. Protointegrované obvodymohou být použity v konstrukcích se součástkami se soustředěnými parametry pro vyšší frekvence než při klasické konstrukci s diskrétními součástkami na plošných spojích, což se využívá v některýchvysokofrekvenčníchintegrovaných obvodech. Tato volba je zvláště významná pro mobilní zařízení, protože konstrukce se soustředěnými prvky obecně vedou k menším výrobkům.
Velká většina obvodů s rozloženými parametry je složena z úsekůpřenosového vedení, což je obzvláště jednoduchá forma pro modelování. Průřez vedení se po délce nemění, a je malý v porovnání s vlnovou délkou signálu; je tedy třeba uvažovat pouze rozložení po délce vedení. Takový prvek s rozloženými parametry je zcela charakterizován svou délkou acharakteristickou impedancí. Další zjednodušení se objeví vobvodech s commensurate vedením, kde všechny prvky mají stejnou délku. S commensurate obvody lze návrh se součástkami se soustředěnými parametryprototypuobvodu sestávajícího z kondenzátorů a cívek přímo zkonvertovat na obvod s rozloženými parametry, jehož prvky odpovídají jedna k jedné původnímu návrhu.
Commensurate vedení obvody jsou důležité, protože pro ně existuje teorie návrhu; neexistuje však žádná obecná teorie pro obvody sestávající z libovolných úseků přenosového vedení (nebo libovolných jiných tvarů). Přestože lze analyzovat libovolný tvar pomocíMaxwellových rovnicpro určení jeho chování, hledání užitečných struktur je záležitostí zkoušení metodou pokus-omyl nebo hádání.
Důležitým rozdílem mezi obvody s rozloženými parametry a se soustředěnými parametry je, že frekvenční odezva obvodu s rozloženými parametry se periodicky opakuje, jak je ukázáno na příkladuČebyševova filtru; ekvivalentní obvod se součástkami se soustředěnými parametry se takto nechová. Je to důsledek toho, žepřenosová funkceprvků se soustředěnými parametry má tvarracionální funkcekomplexní frekvence; u prvků s rozloženými parametry má tvar iracionální funkce. Dalším rozdílem je, že úseky vedenízapojené do kaskádyzanášejí pevné zpoždění pro všechny frekvence (za předpokladuideálního vedení). V obvodech se součástkami se soustředěnými parametry neexistuje žádné ekvivalent obvodu pro pevné zpoždění, i když lze zkonstruovat jeho aproximace pro omezený frekvenční rozsah.
Obvody s rozloženými parametry jsou v některých formátech levné a snadné na výrobu, ale zabírají více prostoru než obvody se soustředěnými prvky. To je problematické v mobilních zařízeních, kde úspora prostoru je velmi důležitá. Pokud pracovní frekvence nejsou příliš vysoké, návrhář může místo přechodu na konstrukci s rozloženými prvky miniaturizovat součástky.Parazitní prvkya rezistivní ztráty se však u součástek se soustředěnými parametry zvětšují s rostoucí frekvencí úměrně s nominálními hodnotami impedancí se soustředěnými prvky. V některých případech mohou návrháři zvolit konstrukci s rozloženými prvky (i když součástky se soustředěnými parametry jsou pro danou frekvenci dostupné), aby se dosáhlo vyššíhočinitele jakosti(Q-faktor). Konstrukce s rozloženými prvky mohou snáze pracovat s většími výkony, zatímco u obvodů se soustředěnými parametry je veškerá energie přenášená obvodem koncentrována v malém objemu.
Pro konstrukci obvodů s rozloženými parametry lze použít různé typy přenosových vedení. Nejstarším (a stále často používaným) vedením je dvojice vodičů; nejobvyklejší formou jekroucená dvojlinkapoužívaná pro telefonní linky a síťová vedení. Pro obvody s rozloženými parametry se příliš často nepoužívá, protože používané frekvence jsou nižší než bod, od něhož začíná konstrukce s distribuovanými prvky být výhodná. Návrháři však často vycházejí z návrhu se soustředěnými prvky, který následně převedou na návrh s rozloženými prvky s otevřenými vodiči, což jsou dva otevřené, neizolované, paralelně vedené vodiče, které se normálně používaly např. protelefonní linkynatelegrafních sloupech. Návrhář obvykle nehodlá implementovat obvod v této formě; jde o mezikrok v procesu návrhu. Konstrukce s rozloženými prvky s dvojicemi vodičů se omezují na několik speciálních použití, např.Lecherova vedeníadvojlinkypoužívané proanténnínapáječe.
Koaxiální vedenítvořené středovým vodičem obklopeným izolovaným stínicím vodičem, je se často používá pro propojení mikrovlnných zařízení a pro přenosy na delší vzdálenosti. Koaxiální zařízení s rozloženými prvky byly obvykle vyráběny ve druhé polovině 20. století, v mnoha aplikacích však kvůli ceně a velikosti byly nahrazeny rovinnými tvary. Koaxiální vedení se vzduchovýmdielektrikemse používá pro nízkoztrátové aplikace a pro aplikace s vysokým výkonem. I obvody s rozloženými parametry, které jsou realizovány jinými technikami, používají pro své propojeníkoaxiální konektory.
Většina moderních obvodů s rozloženými parametry, zvláště masově komerčně vyráběných, používá rovinná přenosová vedení. Existuje několik provedení rovinných vedení, ale nejpoužívanější je tak zvanémikropáskové vedení. Lze je vytvářet stejným procesem jakodesky plošných spojůa jeho výroba je tedy laciná. Lze je také na jedné desce snadno kombinovat s obvody se soustředěnými parametry. K tištěným rovinným vedením patřístripline,finlinea mnoho dalších variant. Rovinná vedení se mohou také používat vmonolitických mikrovlnných integrovaných obvodech, kde jsou integrální částí čipu.
Mnoho konstrukcí s rozloženými prvky lze přímo implementovat pomocí vlnovodu. Vlnovody však způsobují určité komplikace kvůli existenci víceoptických vidů. Ty se někdy objevují současně, a tato situace nemá žádnou analogii u vedení. Výhodou vlnovodů oproti vedením jsou nižší ztráty a vyšší jakostrezonátorů, ale kvůli vyšším nákladům a obtížnější hromadné výrobě se často upřednostňují mikropásková vedení. S použitím vlnovodů se většinou setkáváme ve špičkových výrobcích, např. ve vojenských radarech s vysokým výkonem v nejvyšších mikrovlnných pásmech (kde rovinné formáty mají příliš vysoké ztráty). Vlnovody pro nižší frekvence jsou rozměrnější, proto se na nižších pásmech málo používají.
V několika speciálních aplikacích, jako jsou např.mechanické filtryve špičkových rádiových vysílačích (námořní, vojenské, amatérské rádio) se elektronické obvody implementují pomocí mechanických rezonátorů; důvodem je jejich vysoký činitel jakosti. Používají se vevysokofrekvenčníchpásmech (na nižších než mikrovlnných frekvencích), kde by se jinak použily. Celé elektromechanické obvody nebo jejich části bývají implementovány jako obvody s rozloženými parametry. Frekvence, pro které je konstrukce s rozloženými prvky proveditelná (nebo nezbytná), je s mechanickými obvody mnohem nižší, protože rychlost, jíž se šíří signál mechanickými médii, je mnohem menší než rychlost elektrických signálů.
Existuje několik struktur, které se opakovaně používají v obvodech s rozloženými parametry. Nejběžnější jsou popsány níže.
Pahýl je krátký úsek vedení, který odbočuje z hlavního vedení. Jeho konec bývá často otevřený nebo zkratovaný, ale může být také zakončen obvodem se soustředěnými parametry. Pahýly lze použít samostatně (například proimpedanční přizpůsobení) nebo v kombinaci s dalšími pahýly k vytvoření složitějších obvodů, například filtrů. Mohou být také navrženy jako ekvivalent kondenzátoru, cívky nebo rezonátoru, případně jiného obvodu se soustředěnými parametry.
Použití rovnoměrných přenosových vedení je v obvodech s rozloženými parametry běžné, ale existují i výjimky. Jednou z nejčastějších jeradiální pahýl, který má tvarkruhové výseče. Tento typ pahýlu se často používá ve dvojicích umístěných na opačných stranách hlavního vedení. Takové uspořádání se označuje jakomotýloviténebomotýlkovitépahýly.
Spojená vedení jsou dvě přenosová vedení, mezi nimiž existuje určitá elektromagnetickávazba. Tato vazba může být přímá nebo nepřímá. U nepřímé vazby jsou obě vedení po určitou vzdálenost vedena těsně vedle sebe, aniž by mezi nimi bylo jakékoli stínění. Síla vazby závisí na vzdálenosti mezi vedeními a na jejich průřezu, který ovlivňuje vazbu na druhé vedení. U přímé vazby propojují větve vedení dvě hlavní vedení v pravidelných intervalech.
Spojená vedení jsou běžnou metodou konstrukceděličů výkonu a směrových vazebních členů. Další významnou vlastností spojených vedení je, že se chovají jako dvojice spojenýchrezonátorů. Tato vlastnost se využívá v mnoha filtrech s rozloženými prvky.
Kaskádovaná vedení jsou úseky vedení, kde výstup jednoho vedení je zapojen do vstupu dalšího. Více kaskádovaných vedení různých charakteristických impedancí lze použít pro konstrukci filtru nebo obvodu širokopásmového impedančního přizpůsobení. vznikne tak zvaná stupňovitá impedanční struktura.Jediné kaskádované vedení čtvrtvlnné délky tvoříčtvrtvlnný impedanční transformátor. Jeho užitečnou vlastností je transformace libovolného impedančního obvodu na obvod k němuduální; v této roli se nazývá impedanční invertor. Tato struktura může být použita ve filtrech pro implementaci prototypu se soustředěnými prvky sžebříčkovou topologiíjako obvodu s rozloženými prvky, v němž se střídají čtvrtvlnné transformátory s rezonátory tvořenými rozloženými prvky. Tato konstrukce je však již překonaná; byla nahrazena kompaktnějšími invertory, např. s impedančním krokem. Impedanční krok je diskontinuita vytvořená na přechodu dvou kaskádovaných přenosových vedení s různými charakteristickými impedancemi.
Dutinový rezonátorje prázdný (případně dielektrikem vyplněný) prostor obklopený vodivými stěnami. Otvory ve stěnách vážou rezonátor ke zbytku obvodu. Odrazy elektromagnetických vln od stěn dutiny způsobujírezonancea vznikstojatého vlnění. Dutinové rezonátory mohou být používány pro různá média, ale nejpřirozenější jej jejich tvorba ve vlnovodech z již existujících kovových stěn vlnovodu.
Dielektrický rezonátor je kus dielektrického materiálu vystavený elektromagnetickým vlnám. Je nejčastěji ve formě válce nebo silného kruhu. Ačkoli dutinové rezonátory lze vyplněný s dielektrický, nezbytné rozdíl je, že v dutinových rezonátorech elektromagnetické pole je zcela obsahoval uvnitř stěn dutiny. Dielektrický rezonátor vytváří pole v okolním prostoru. To může způsobovat nežádoucí vazby s jinými komponentami. Hlavní výhodou dielektrických rezonátorů je, že jsou výrazně menší než ekvivalentní dutiny vyplněné vzduchem.
Spirálovitý rezonátor ješroubovicetvořená vodičem v dutině; jeden konec není zapojený, a druhý je připojený ke stěně dutiny. Ačkoli se zdánlivě podobají cívkám se soustředěnými parametry, spirálovité rezonátory jsou komponenty s rozloženými parametry a používají se v pásmechVHFa nižších pásmechUHF.
Použitífraktálníchkřivek jako obvodových komponent je nově se rozvíjející pole v obvodech s rozloženými parametry.Fraktály se používaly pro vytváření rezonátorů pro filtry a antény. Jednou z výhod použití fraktálů je jejich prostor-vyplnění vlastnost, díky čemuž jsou menší než jiné konstrukce.K dalším výhodám patří schopnost pracovat vširokopásmovýchavícepásmovýchzařízeních, dobrá výkonnost v přenosovém kanálu, a dobré potlačenícizích signálů.V praxi nelze vytvářet skutečné fraktály, protože při každéfraktální iteracise zmenšují výrobní tolerance a jsou nakonec jsou větší než konstrukce metoda může dosáhnout. Při malém počtu iterací však lze dosáhnout výkonnost blízkou skutečným fraktálům. Výsledné konstrukce mohou být nazýványpředfraktálynebofraktály konečného řádu, pokud je nutné je rozlišovat od skutečných fraktálů.
K fraktálům, které byly použity jako součástky, patříKochova křivka,Minkowského ostrov,Sierpińského křivka,Hilbertova křivka, aPeanova křivka.První tři jsou uzavřené křivky, vhodné pro patch antény. Další dvě jsou otevřené křivky s zakončeními na opačných stranách fraktálu. Díky tomu jsou vhodné tam, kde je požadované spojení dokaskády.
Taper je přenosové vedení s postupnou změnou průřezu. Lze jej považovat za mezní případ stupňovité impedanční struktury s nekonečným počtem kroků.Tapery představují jednoduchý způsob spojování dvou vedení s různou charakteristickou impedancí. Použití taperů značně omezuje vlivy nepřizpůsobení, které by způsobilo přímé propojení. Pokud změna průřezu není příliš velká, nemusí být potřebné jiné obvodové řešení pro přizpůsobení.Tapery mohou poskytovatpřechodymezi vedeními v různých médiích, zvláště v různých formách rovinného média.Tapery obvykle mění tvar lineárně, ale mohou být použity i mnohé jiné profily. Profil, který dosahuje stanoveného přizpůsobení při nejkratší délce, se nazývá Klopfensteinův taper a vychází z návrhuČebyševova filtru.
Tapery lze použít pro přizpůsobení přenosového vedení anténě. V některých konstrukcích, např.rohových anténaVivaldiho anténje taper (kužel) sám anténou. Rohové antény jsou jako jiné tapery často lineární, ale nejlepší přizpůsobení lze získat použitím exponenciální křivky. Vivaldiho anténa je plochou (štěrbinovou) verzí exponenciálního taperu.
Rezistivní prvky nejsou v obvodech s rozloženými prvky obecně příliš užitečné. Rozložené rezistory lze použít jakoatenuátoryneboterminátoryvedení. Pro rovinná média mohou být implementovány jako meandrující linie z materiálu s vysokým odporem nebo jako nanesená vrstvatenkovrstevnéhonebotlustovrstevnéhomateriálu.U vlnovodů lze do vlnovodu vložit kartu z materiálu pohlcujícího mikrovlnné záření.
Filtry tvoří velký podíl obvodů konstruovaných s rozloženými prvky. Pro jejich konstrukci se používá široký rozsah struktur, včetně pahýlů, spojených vedení a kaskádovaných vedení. Variace zahrnuje interdigitální filtry, filtry s hřebenovým vedením a filtry používající tvary vlásenky (anglickyhaipin). Z novější doby pocházejífraktálnífiltry.Mnoho filtrů se konstruuje ve spojení sdielektrickými rezonátory.
Jako u filtrů se soustředěnými prvky, čím více prvků filtr má, tím více se filtr blíží kideální odezvě; výsledná struktura může být docela složitá.Pro jednoduché úzkopásmové použití může stačit jediný rezonátor (např. pahýl nebospurline filtr).
Impedančního přizpůsobení pro úzkopásmové aplikace lze často dosáhnout jediným přizpůsobovacím pahýlem. Obvod pro přizpůsobení impedance pro širokopásmové aplikace je nutný návrh podobný návrhu filtru. Návrhář předepíše požadovanou frekvenční odezvu, a navrhne filtr s touto odezvou. Jediným rozdílem od standardního návrhu filtru je, že impedance vstupu filtru a jeho zátěže se liší.
Směrový vazební prvek je čtyřportové zařízení, které váže výkon tekoucí v jednom směru z jedné dráhy do jiné dráhy. Dva z portů jsou vstupní a výstupní port hlavního vedení. Část výkonu vstupujícího do vstupního portu je přenesena na třetí port, známý jakospojených port. Žádný z výkon vstupující do vstupního portu není přiveden na čtvrtý port, obvykle známý jakoizolovaný port. Pro výkon tekoucí opačným směrem a vstupující do výstupní portu, nastává opačná situace; určitý výkon přenášen na izolovaný port, ale žádný výkon na spřažený port.
Dělič výkonu je často zkonstruovaný jako směrový vazební prvek, s izolovaným portem trvale zakončeným v srovnávána zátěž (provedení ono efektivně tři-port zařízení). Neexistuje žádné nezbytné rozdíl mezi dva zařízení. Termínsměrový vazební prvekse obvykle používá, je-li vazební faktor nízký (část výkonu dosažení spřažených port), zatímcodělič výkonu, je-li vazební faktor vysoký. Výkon kombinátoru je jednoduše výkonem rozbočovače použitého opačně. V implementaci s rozloženými prvky s použitím spojených vedení jsou nepřímo spojená vedení vhodnější pro směrové vazební členy s nízkou vazbou; naproti tomu vazební členy přímo spojené větví vedení jsou vhodnější pro děliče výkonu s vysokou vazbou.
Konstrukce s rozloženými prvky spoléhají na prvky čtvrtvlnné délky (nebo jiné určité délky), které pracují pouze pro jednu frekvenci. Jednoduché konstrukce proto mají omezenoušířku pásma, mimo které nebudou fungovat. Stejně Jako u obvodů impedančního přizpůsobení návrh pro široké pásmo vyžaduje více částí a návrh se začíná podobat návrhu filtru.
Směrový vazební člen, který rozděluje výkon stejně mezi výstupní a spřažených portů (3dBvazební prvek) se nazýváhybridní.Ačkoli „hybridní“ původně odkazoval nahybridní transformátor(součástka se soustředěnými parametry používaná v telefonních linkách), nyní má širší význam. Používanější hybrid s rozloženými prvky, který nepoužívá spojených vedení jehybridní obvodneborat-race vazební prvek. Každý z jeho čtyř portů je připojený do prstence přenosových vedení v jiném bodě. Vlny se pohybují v opačných směrech po kruhu a vytvářejístojaté vlnění. V některých bodech prstence dochází k destruktivníinterferenci, která má za následek vyrušení signálu; žádný výkon neopustí port v tomto bodě. V jiných bodech konstruktivní interference maximalizuje přenášený výkon.
Další využití pro hybridního vazebního členu je pro získání součtu a rozdílu dvou signálů. Na obrázku jsou dva vstupní signály přivedeny na porty označené 1 a 2. Součet obou signálů se objeví na portu označeném Σ, a rozdíl v portu označeném Δ.Kromě použití jako vazebních členů a děličů výkonu mohou být směrové vazební členy používánu vevyvážených směšovačích,frekvenčních diskriminátorech,atenuátorech, obvodech realizujícíchfázový posun, a v napájecích sítíchanténních polí.
Cirkulátor je obvykle tří nebo čtyřportové zařízení, v němž se signál vstupující jedním portem přenáší k dalšímu portu ve směru rotace. Signál může téct v pouze jedním směrem (buď ve směru hodinových ručiček nebo proti směru), a žádný signál se nepřenáší na žádný jiný port. Většina cirkulátorů s rozloženými prvky používáferitovémateriály.Cirkulátory se používají jakoizolátoryna ochranu vysílače (nebo jiného zařízení) proti poškození odrazy z antény nebo jakoduplexerypropojující anténu, vysílač a přijímač rádiového systému.
Neobvyklé je použití cirkulátoru vreflexním zesilovači, kde se využívázáporný diferenciální odporGunnovy diodypro vrácení většího výkonu, než jaký byl přijatý. Cirkulátor se používá pro směrování vstupních a výstupních toků výkonu na různé porty.
Pasivní obvody se součástkami se soustředěnými i s rozloženými parametry jsou téměř vždyreciproké; cirkulátory však jsou výjimkou. Existuje několik ekvivalentních způsobů jak definovat nebo reprezentovat reciprocitu. Pro obvody pracující na mikrovlnných frekvencích (které používají obvody s rozloženými parametry) je obvyklé použít jejichS-parametry. Matice S-parametrů [S] reciprokého obvodu budesymetrická. Z definice cirkulátoru je zřejmé, že jeho matice S-parametrů ideálního tříportového cirkulátoru
není symetrická, což ukazuje, že cirkulátory jsou nereciproké z definice. Z toho plyne, že není možné vytvořit cirkulátor ze standardních pasivních součástek (součástek se soustředěnými ani s rozloženými parametry). Pro konstrukci cirkulátoru je nutné použít ferit nebo nějaký jiný nereciproký materiál nebo systém.
Obvody s rozloženými prvky jsou obvykle pasivní, ale většina aplikací vyžaduje v určitých rolích aktivní komponenty. Mikrovlnnéhybridní integrované obvodyvyužívají mnoho pasivních součástek s rozloženými parametry, ale aktivní komponenty (např.diody,tranzistory, i některé pasivní součástky) jsou se soustředěnými parametry. Aktivní komponenty mohou být zapouzdřené nebo mohou být umístěny nasubstrátuve formě čipu bez samostatného pouzdra, aby se omezila velikosti a aby pouzdro nefungovalo jakoparazitní prvek.
Zesilovač s rozloženými parametryse skládá z několika aktivních prvků (obvykleunipolárních tranzistorů), jejichž všechny vstupy jsou propojeny jedním přenosovým vedením a všechny výstupy jiným přenosovým vedením. Aby obvod pracoval správně, musí být délky úseků obou vedení stejné, a každý tranzistor přispívá k výstupu zesilovače. Tím se liší od obvykléhovícestupňového zesilovače, jehož celkovýziskje násobkem zisků jednotlivých stupňů. Ačkoli zesilovač s rozloženými prvky má nižší zisk než běžný zesilovač se stejným počtem tranzistorů, má výrazně větší šířku pásma. U obvyklého zesilovače se šířka pásma snižuje s každým dalším stupněm; u zesilovače s rozloženými parametry je celková šířka pásma stejná jako šířka pásma jednoho stupně. Zesilovače s rozloženými parametry se používají v případech, kdy by jediný tranzistor (nebo složitý mnohatranzistorový zesilovač) byl příliš velký na to, aby se dal považovat za součástku se soustředěnými parametry; propojovací vedení oddělují jednotlivé tranzistory.
Model s rozloženými prvky poprvé použil při analýze elektrických obvodůOliver Heavisidev roce 1881. Heaviside jej použil při hledání správného popisu chování signálů vtransatlantickém telegrafním kabelu. Rychlost telegrafní komunikace po prvních transatlantických kabelech byla velmi malá kvůlidisperzi, jevu, který v té době nebyl dobře chápán. Heavisidova analýza, známá nyní jakotelegrafní rovnice, identifikovala problém a ukazovala, že jej lze překonat použitímPupinových cívek. Jeho přístup je doposud standardní metodou analýzy přenosových vedení.
Prvním, kdo zkoumal možnosti obvodů s rozloženými parametry, bylWarren P. Mason, který v roce 1927 podal žádost o patentna koaxiální filtr navržený touto metodou. Definitivní článek o této metodě publikovali Mason a Sykes v roce 1937. Mason také ve své 1927 doktorské práci jako první navrhl akustický filtr s rozloženými prvky, a v roce 1941 podal žádost o patent na mechanický filtr s rozloženými prvky. Masonova práce byla zaměřena na koaxiální a jiná vedení, ale většina výsledků byla použitelných i pro vlnovody. První byly akustické práce, a Masonovi kolegové v rádiovém odděleníBellových laboratoříjej požádali, aby jim pomáhal s koaxiálními a vlnovodnými filtry.
Předdruhou světovou válkouexistovala malá poptávka po obvodech s rozloženými parametry; frekvence používané pro rádiové přenosy byly menší než hranice, za kterou začínají být obvody s rozloženými prvky výhodné. Nižší frekvence měly větší dosah, což je primární hledisko pro účelyrozhlasového vysílání. Tyto frekvence vyžadovaly pro efektivní fungování dlouhé antény, což vedlo k práci na systémech s vyššími frekvencemi. Klíčovým průlomem bylo zavedenímagnetronuv roce 1940, který pracuje v mikrovlnném pásmu, což mělo za následek, že radarové zařízení se dostatečně zmenšilo, aby jej bylo možné instalovat do letadel.Následovala vlna vývoje filtrů s rozloženými prvky, které jsou nezbytnou komponentou radarů. Ztráty signálu v koaxiálních komponentách vedly k prvnímu rozšířenému použití vlnovodů, a rozšiřování technologie filtrů z koaxiální domény do vlnovodné domény.
Práce z doby druhé světové války byl většinou publikovány, až když pominuly bezpečnostní důvody, a proto je obtížné prokázat, kdo učinil který objev jako první. Důležitým centrem výzkumu bylaLaboratoř záření na MIT(Rad Lab), ale výzkum probíhal také jinde ve Spojených státech a v Británii. Práce laboratoře záření publikovaliFano a Lawson.Dalším vynálezem z doby druhé světové války byl hybridní obvod. Práce na něm byly prováděny vBellovy laboratoře, a po válce je publikovalW. A. Tyrrell. Tyrrell popisuje hybridní prstence implementované ve vlnovodech, a analyzuje je pomocí dobře známého vlnovodnéhomagického T. Jiní výzkumnícibrzy publikovali koaxiální verzi tohoto zařízení.
George Matthaei vedl výzkumnou skupinu vStanford Research Institute, v níž pracovalLeo C. Young, který objevil mnoho konstrukcí filtrů. Matthaei poprvé popsal interdigitální filtra filtr s hřebenovým vedením.Práce skupiny byly publikoványv landmark publikaci z roku 1964 popisující stav navrhování obvodů s rozloženými prvky v té době, která zůstala po mnoho let hlavní referenční prací.
Rovinné formáty se začaly používat po vynálezu páskového vedeníRobertem M. Barrettem. Ačkoli pásková vedení byla dalším vynálezem z období druhé světové války, jejich detaily byly publikoványaž roku 1951.Mkropáskyvynalezené v roce 1952,se staly komerční konkurentem páskových vedení; rovinné formáty se však v mikrovlnných aplikacích nezačaly používat, dokud v 60. letech 20. století nezačaly být dostupné lepší dielektrické materiály pro substráty.Další strukturou, která musela čekat na lepší materiály, byl dielektrický rezonátor. Na jeho výhody (kompaktní velikost a vysokou jakost) poprvé upozornilR. D. Richtmeyer v roce 1939, ale materiály s dobrou teplotní stabilitou byly vyvinuty až v 70. letech 20. století. Použití filtrů s dielektrickými rezonátory je nyní běžné ve filtrech s vlnovody a přenosovými vedeními.
K významným milníkům teoretického vývoje patříteorie souměřitelných vedení, kterou publikovalPaul I. Richardsv roce 1948, dáleKurodova identita, sadatransformací, které překonávají některá praktická omezení Richardsovy teorie, kterou publikoval K. Kuroda jako doktorskou práci v roce 1955.Podle Nathana Cohena bylogaritmicko-periodická anténa, kterou vynalezl Raymond DuHamel aDwight Isbellv roce 1957, měla být považována za první fraktální anténu. Cohen byl prvním, kdo explicitně identifikoval třídu fraktálních antén, poté co byl inspirován přednáškouBenoîta Mandelbrotav roce 1987, ale článek publikoval až roku 1995.
V tomto článku byl použitpřekladtextu z článkuDistributed-element circuitna anglické Wikipedii.