如何理解射频电路设计中的集总参数和分布参数？

时间： 2023-10-24 来源：优译UIY.COM公众号

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集总参数和分布参数设计是射频电路设计的常用方式，本文优译将简要介绍两者的特点和区别。

特点概括

1、集总电路理论：电路尺寸远远小于波长

集总参数电路（Lumped parameter）：在一般的电路分析中，电路的所有参数，如阻抗、容抗、感抗都集中于空间的各个点上，各个元件上，各点之间的信号是瞬间传递的，这种理想化的电路模型称为集总电路。涉及的元件也称为集总参数元件，比如电阻、电感、电容及导线。

低频电路对应的就是集总参数电路，对于这类电路，导线上每个位置的电压和电流都是相同的。这类电路所涉及电路元件的电磁过程都集中在元件内部进行。用集总电路近似实际电路是有条件的，这个条件是实际电路的尺寸要远小于电路工作时的电磁波长。对于集总参数电路，由基尔霍夫定律唯一地确定了结构约束（又称拓扑约束，即元件间的联接关系决定电压和电流必须遵循的一类关系）。

2、分布电路理论：电路尺寸与波长可比

分布参数电路（Distributed parameter）在集总参数电路中，实际电路参数具有分布性，必须考虑参数分布性的电路，称为分布参数电路。又称为高速电路，是指传输线的长度与工作波长可相比拟，需用分参数电路来描述的电路。典型的分布参数电路是传输线（transmission line）。随着频率的提高，信号的传输不再是电压和电流了，而是依靠电磁场传播，电磁场被锁定在导线和参考地之间。由于这种高频效应，如果等效为电路的话，导线上各个位置处的电压不同（周期重复点除外），各个位置的电流也不同，这是与集总参数电路的区别，这种情况下称为分布参数电路，导线称为传输线。分布参数电路也会用到集总元件，比如高频电感、电容等，只是选型时要注意自谐振频率。

同时，分布参数电路还有一个非常重要的概念——特征阻抗，就是传输线上某个位置处的等效电压与电流之比。理论上，特征阻抗是一个常数，只要源端和负载端阻抗匹配，就不会有反射。特征阻抗并不是损耗电阻，而是传输线的一个属性，可以表征信号在传输线上的反射情况。

分布电路分析法

为帮助理解，可以把分布电路分析法理解为集总电路分析法的微分。

例如，要分析一条导线，我们就把它分割成一个极小的线元，当切成无限小的线元时，波长远远大于线元尺寸，此时可以用基尔霍夫电压电流定律来分析，就实现了用已知的东西推出未知的东西。

集总电路理论，比如欧姆定律，基尔霍夫电压电流定律，它们应用的前提是电路尺寸远远小于波长，当电路尺寸和波长可比的时候，我们应该考虑更完备的理论——分布电路分析法。

可以说，集总电路理论是分布电路理论的一个特例，是为了简便计算做的一个近似。但即使是分布电路分析法，有时候为了简便计算，里面的模型同样要进行近似，简化。

设计及应用

射频微波电路基本都是分布参数电路，但是在L、S、C等波段，有源电路的阻抗匹配依然可以使用高频电感电容等集总元件实现。在部分VHF频段，可能使用集总参数和分布参数电路原则设计均可，但是如何更好的去设计电路，就会取决于工程师的经验和客户实际需求。

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产品型号	品类	Freq. Range(MHz、GHz)	Insertion Loss Max(dB)	Isolation Min(dB)	VSWR	Forward Power(W)	Reverse Power(W)	Connector Type	Temp.(°C)
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产品型号	品类	Freq. Range(MHz、GHz)	Insertion Loss Max(dB)	Isolation Min(dB)	VSWR Max	Forward Power(W)	Reverse Power(W)	Connector Type	Temp.(℃)
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