До сих пор рассматривались R L С электрические цепи в предположении, что параметры сосредоточены в определенных элементах цепи: индуктивность сосредоточена в катушке (энергия магнитного поля катушки локализована в ее магнитопроводе), емкость сосредоточена в конденсаторе (энергия электрического поля локализована между обкладками конденсатора); резистивное сопротивление сосредоточено в резисторе (преобразование электрической энергии в резисторе в тепловую осуществляется в токопроводящем слое резистора). Такие цепи получили название цепей с сосредоточенными параметрами.
Однако представление электрических цепей в виде цепей с сосредоточенными параметрами не всегда возможно. Например, рассматривая передачу электромагнитной энергии в линии связи, фидере, антенне, волноводе и т. д., следует учитывать, что магнитное и электрическое поля распределены по всей длине этих устройств и превращение электромагнитной энергии в тепло также происходит по всей длине устройств. В таких цепях приходится сталкиваться с распределенными по длине индуктивностями, емкостями, резистивными сопротивлениями, поэтому они называются цепями с распределенными параметрами
Ток и напряжение на выходе сколь угодно малого участка (отрезка) цепи с распределенными параметрами не равны соответственно току и напряжению на его входе и отличаются как по величине, так и по фазе. Таким образом, ток и напряжение в любой точке цепи являются функциями не только времени t, но и пространственных координат (например, расстояния от одного из концов цепи).
Заметим, что деление цепей на два класса – с сосредоточенными и распределенными параметрами, достаточно условно. Одну и ту же цепь следует рассматривать как систему с сосредоточенными или распределенными параметрами в зависимости от частоты, на которой она работает. Действительно, если на входе цепи действует гармонический сигнал, то в силу конечной скорости распространения электромагнитных колебаний (близкой к скорости света) возмущение от источника за время, равное периоду колебания T, пройдет расстояние, равное длине волны электромагнитного колебания: l = cT= c/f, где с – скорость света; f – частота колебания.
При длине цепи, совпадающей с длиной волны колебания, изменение мгновенного значения напряжения в конце цепи запаздывает на целый период по сравнению с изменением мгновенного значения напряжения источника. В цепях, длина которых l > l, запаздывание может составлять большое число периодов. Следовательно, если длина цепи соизмерима или значительно превышает длину волны распространяющегося в ней электромагнитного колебания, то напряжение (ток) является функцией времени и расстояния от начала цепи. Цепь является системой с распределенными параметрами.
Если длина цепи намного меньше длины волны, то изменения напряжения в любой точке и в конце цепи происходят одновременно с изменением мгновенного значения напряжения источника. Никакого запаздывания в такой цепи нет: напряжение (ток) является только функцией времени. Эту цепь можно считать системой с сосредоточенными параметрами. Например, отрезок коаксиального кабеля длиной 30 см при передаче по нему телевизионных сигналов (с наивысшей частотой 8,5 мГц) может считаться цепью с сосредоточенными параметрами, поскольку l = c/fmax = 3×108/(8,5×106) = 35 м >> 0,3 м. Наоборот, в области дециметровых волн (l — десятки сантиметров) этот же отрезок кабеля должен рассматриваться как цепь с распределенными параметрами. Отрезок же коаксиального кабеля длиной, например, в 1 км является цепью с распределенными параметрами и для телевизионного сигнала.
В дальнейшем из обширного класса цепей с распределенными параметрами будем изучать так называемые длинные линии, предназначенные для передачи электромагнитной энергии на расстояние и имеющие длину, превышающую длину волны электромагнитных колебаний. К ним относятся двухпроводные воздушные линии связи, симметричные и коаксиальные кабельные линии проводных систем связи, фидеры, связывающие радиопередатчики с антеннами и т. д. При этом будем полагать, что конструктивные данные длинной линии (материал и диаметр ее проводов, их взаимное расположение) и ее параметры сохраняются неизменными по длине линии. Такие длинные линии называются однородными
Целью изучения однородных длинных линий является анализ распределений напряжений и токов вдоль линии. В основе анализа лежит представление о длинной линии как о цепи с бесконечно большим числом бесконечно малых по величине пассивных элементов, распределенных равномерно по ее длине.