Общие сведения о цепях с распределенными параметрами.
До сих пор во всех предварительных разделах рассматривались электрические цепи с сосредоточенными параметрами. При этом предусматривалось, что цепь состоит из отдельных (дискретных) элементов r, L, C, сосредоточенных в малых объемах и соединенных проводами. Напряжения и токи в этих элементах связанны соотношениями:
Ur=rі; UL =L dі/dt; ІC=C duc/dt.
Они справедливые в том случае, когда элемент электрической цепи имеет определенные размеры и соответствующие параметры. Тогда ток, который выходит из элемента, равняется току, который входит в элемент. Поэтому решение этих уравнений дает законы изменения тока и напряжения во времени. Координата длины, размеры элементов в этих решениях отсутствуют.
Строго говоря, передача электромагнитной энергии имеет волновую природу. Ее необходимо учитывать, когда размеры элементов электрических цепей сравнимы с длиной волны электрического сигнала. Поэтому важнейшим параметром электромагнитного колебания, кроме частоты и периода, есть длина волны. Длиной волны называется путь, пройденный волной в свободном просторанстве за время одного периода колебания:
где С = 3 *108 м/с - скорость распространения света в свободном пространстве.
Для низкочастотных колебаний длина волны большая. Например, частоте 50 Гц отвечает λ= 3*108/50 = 6*106м, частоте 100 кГц отвечает λ= 3*108/ 105 =3*103 м.
В этих случаях геометрические размеры электрических элементов и устройств пренебрежимо малы в сравнении с длиной волны. Поэтому можно считать, что в данный момент времени токи в любой точке элемента одинаковые и можно не учитывать волновой процесс.
В радиосвязи, телевидении, навигации, радиолокации, и других областях радиотехники для передачи информации применяют электромагнитные колебания очень высоких частот, более десятков и сотен мГц. При этом длина волны находится в пределах от единиц метров до нескольких миллиметров. Поэтому размеры электрической цепи сравнимые или даже больше длины волны колебания.
В таких цепях токи и напряжения зависят не только от времени, но и от пространственных координат, т.е. электрическое и магнитное поле распределены по всей цепи. При этом сопротивления, емкости, индуктивности не сосредоточены в отдельных точках, а распределены по всей цепи.
Наиболее характерными видами таких цепей есть разные типы линий передачи электромагнитной энергии и устройства на базе этих линий. Длина линии передачи сравнимая или больше длины волны колебаний, которые распространяются в ней. Например, в радиорелейных линиях связи, РЛС сантиметрового диапазона λ= 3-10 дм, а длина линий передачи может быть от одного до нескольких метров. Поэтому такие линии передачи иногда называют длинными линиями.