thumb|upright=1.5|alt=Placa de circuito de um conversor de bloco de televisão por satélite|Um conversor de bloco de baixo ruído com elementos distribuídos. O circuito à direita é composto de elementos concentrados. O circuito de elementos distribuídos está no centro e à esquerda do centro, e é construído em microstrip. Circuitos de elementos distribuídos são circuitos elétricos compostos por comprimentos de linhas de transmissão ou por outros componentes distribuídos. Esses circuitos desempenham as mesmas funções que circuitos convencionais compostos por componentes passivos, como capacitores, indutores e transformadores. São usados principalmente em frequências de micro-ondas, nas quais os componentes convencionais são difíceis, ou impossíveis, de implementar.
Circuitos convencionais consistem em componentes individuais fabricados separadamente e depois conectados por um meio condutor. Circuitos de elementos distribuídos são construídos formando o próprio meio em padrões específicos. Uma grande vantagem dos circuitos de elementos distribuídos é que eles podem ser produzidos de maneira barata como circuito impresso para produtos de consumo, como a televisão por satélite. Também são fabricados em formatos coaxiais e de guia de ondas para aplicações como radar, comunicação por satélite e enlaces de micro-ondas.
Um fenômeno comumente usado em circuitos de elementos distribuídos é que um comprimento de linha de transmissão pode ser feito para se comportar como um ressonador. Componentes de elementos distribuídos que fazem isso incluem stubs, linhas acopladas e linhas em cascata. Circuitos construídos a partir desses componentes incluem filtros, divisores de potência e acopladores direcionais e circuladores.
Os circuitos de elementos distribuídos foram estudados durante as décadas de 1920 e 1930, mas não se tornaram importantes até a Segunda Guerra Mundial, quando foram usados em radar. Depois da guerra, seu uso ficou limitado à infraestrutura militar, espacial e de radiodifusão, mas melhorias na ciência dos materiais nesse campo logo levaram a aplicações mais amplas. Atualmente, podem ser encontrados em produtos domésticos, como antenas parabólicas e telefones celulares.
thumb|upright=2|Um filtro passa-baixa como componentes discretos convencionais conectados em uma placa de circuito impresso (à esquerda) e como um projeto de elementos distribuídos impresso na própria placa (à direita)
Modelagem de circuitos Circuitos de elementos distribuídos são projetados com o modelo de elementos distribuídos, uma alternativa ao modelo de elementos concentrados, no qual os elementos elétricos passivos de resistência elétrica, capacitância e indutância são considerados "concentrados" em um ponto do espaço em um resistor, capacitor ou indutor, respectivamente. O modelo de elementos distribuídos é usado quando essa suposição deixa de ser válida, e essas propriedades passam a ser consideradas distribuídas no espaço. A suposição se rompe quando há tempo significativo para que ondas eletromagnéticas viajem de um terminal de um componente ao outro; "significativo", nesse contexto, implica tempo suficiente para uma mudança perceptível de fase. A quantidade de mudança de fase depende da frequência da onda e, inversamente, do comprimento de onda. Uma regra prática comum entre engenheiros é mudar do modelo concentrado para o modelo distribuído quando as distâncias envolvidas são superiores a um décimo de comprimento de onda, o que corresponde a uma mudança de fase de 36°. O modelo concentrado falha completamente em um quarto de comprimento de onda, isto é, em uma mudança de fase de 90°, com não apenas o valor, mas também a natureza do componente deixando de ser prevista corretamente. Devido a essa dependência do comprimento de onda, o modelo de elementos distribuídos é usado principalmente em frequências mais altas; em baixas frequências, os componentes de elementos distribuídos são demasiadamente volumosos. Projetos distribuídos são viáveis acima de 300 MHz e são a tecnologia preferida em frequências de micro-ondas acima de 1 GHz.Vendelin et al. (2005), pp. 35–37.
Não há uma demarcação nítida da frequência em que esses modelos devem ser usados. Embora a transição ocorra geralmente em algum ponto da faixa de 100 a 500 MHz, a escala tecnológica também é significativa; circuitos miniaturizados podem usar o modelo concentrado em uma frequência mais alta. Placas de circuito impresso (PCBs) que usam tecnologia de furo passante são maiores que projetos equivalentes que usam tecnologia de montagem em superfície. Circuitos integrados híbridos são menores que tecnologias de PCB, e circuitos integrados monolíticos são menores que ambos. Circuitos integrados podem usar projetos concentrados em frequências mais altas do que circuitos impressos, e isso é feito em alguns circuitos integrados de radiofrequência. Essa escolha é especialmente significativa para dispositivos portáteis, pois projetos de elementos concentrados geralmente resultam em um produto menor.Nguyen (2015), p. 28; Vendelin et al. (2005), pp. 35–36.
Construção com linhas de transmissão thumb|upright=1.7|alt=Gráfico de duas ondas filtradas|Resposta em frequência de um filtro de Chebyshev de quinta ordem construído com componentes concentrados (acima) e distribuídos (abaixo) A imensa maioria dos circuitos de elementos distribuídos é composta por comprimentos de linha de transmissão, uma forma particularmente simples de modelar. As dimensões transversais da linha são invariáveis ao longo de seu comprimento e são pequenas em comparação com o comprimento de onda do sinal; assim, apenas a distribuição ao longo do comprimento da linha precisa ser considerada. Tal elemento de um circuito distribuído é inteiramente caracterizado por seu comprimento e por sua impedância característica. Uma simplificação adicional ocorre em circuitos de linhas comensuráveis, nos quais todos os elementos têm o mesmo comprimento. Em circuitos comensuráveis, um protótipo de projeto de circuito concentrado composto por capacitores e indutores pode ser convertido diretamente em um circuito distribuído com uma correspondência um-para-um entre os elementos de cada circuito.Hunter (2001), pp. 137–138.
Circuitos de linhas comensuráveis são importantes porque existe uma teoria de projeto para produzi-los; não há teoria geral para circuitos constituídos por comprimentos arbitrários de linha de transmissão, ou por quaisquer formas arbitrárias. Embora uma forma arbitrária possa ser analisada com as equações de Maxwell para determinar seu comportamento, encontrar estruturas úteis é uma questão de tentativa e erro ou de conjetura.Hunter (2001), p. 137.
Uma diferença importante entre circuitos de elementos distribuídos e circuitos de elementos concentrados é que a resposta em frequência de um circuito distribuído se repete periodicamente, como mostrado no exemplo do filtro de Chebyshev; o circuito concentrado equivalente não faz isso. Isso resulta de a função de transferência das formas concentradas ser uma função racional da frequência complexa, enquanto as formas distribuídas são funções irracionais. Outra diferença é que comprimentos de linha conectados em cascata introduzem um atraso fixo em todas as frequências, assumindo uma linha ideal. Não há equivalente em circuitos concentrados para um atraso fixo, embora uma aproximação possa ser construída para uma faixa limitada de frequências.Hunter (2001), pp. 139–140.
Vantagens e desvantagens Circuitos de elementos distribuídos são baratos e fáceis de fabricar em alguns formatos, mas ocupam mais espaço que circuitos de elementos concentrados. Isso é problemático em dispositivos móveis, especialmente portáteis, nos quais o espaço é limitado. Se as frequências de operação não forem muito altas, o projetista pode miniaturizar componentes em vez de mudar para elementos distribuídos. Entretanto, elementos parasitas e perdas resistivas em componentes concentrados tornam-se maiores com o aumento da frequência como proporção do valor nominal da impedância do elemento concentrado. Em alguns casos, projetistas podem escolher um projeto de elementos distribuídos, mesmo quando componentes concentrados estão disponíveis nessa frequência, para se beneficiarem de um fator de qualidade melhor. Projetos de elementos distribuídos tendem a ter maior capacidade de manejo de potência; com um componente concentrado, toda a energia transmitida por um circuito fica concentrada em um pequeno volume.Doumanis et al. (2015), pp. 45–46; Nguyen (2015), pp. 27–28.
Meios
Condutores pareados Existem vários tipos de linha de transmissão, e qualquer um deles pode ser usado para construir circuitos de elementos distribuídos. O mais antigo, e ainda o mais amplamente usado, é um par de condutores; sua forma mais comum é o par trançado, usado em linhas telefônicas e conexões de internet. Ele não é frequentemente usado em circuitos de elementos distribuídos porque as frequências utilizadas são inferiores ao ponto em que projetos de elementos distribuídos se tornam vantajosos. No entanto, projetistas frequentemente começam com um projeto de elementos concentrados e o convertem em um projeto de elementos distribuídos com fio aberto. Fio aberto é um par de condutores paralelos não isolados usado, por exemplo, em linhas telefônicas em postes telegráficos. O projetista normalmente não pretende implementar o circuito nessa forma; ela é uma etapa intermediária no processo de projeto. Projetos de elementos distribuídos com pares de condutores são limitados a alguns usos especializados, como linhas de Lecher e o cabo bifilar usado em linhas de alimentação de antenas.Hura e Singhal (2001), pp. 178–179; Magnusson et al. (2000), p. 240; Gupta (2010), p. 5.5; Craig (2012), pp. 291–292; Henderson e Camargo (2013), pp. 24–25; Chen et al. (2004), p. 73.
Coaxial thumb|alt=Fotografia|Uma coleção de acopladores direcionais coaxiais. Um deles está com a tampa removida, mostrando sua estrutura interna. A linha coaxial, formada por um condutor central cercado por um condutor de blindagem isolado, é amplamente usada para interconectar unidades de equipamentos de micro-ondas e para transmissões de maior distância. Embora dispositivos coaxiais de elementos distribuídos tenham sido comumente fabricados durante a segunda metade do século XX, eles foram substituídos em muitas aplicações por formas planares devido a considerações de custo e tamanho. A linha coaxial com dielétrico de ar é usada para aplicações de baixa perda e alta potência. Circuitos de elementos distribuídos em outros meios ainda fazem transição comumente para conectores coaxiais nas portas do circuito para fins de interconexão.Natarajan (2012), pp. 11–12.
Planar Artigo principal: Linha de transmissão planar.
A maioria dos circuitos modernos de elementos distribuídos usa linhas de transmissão planares, especialmente aqueles em itens de consumo produzidos em massa. Existem várias formas de linha planar, mas a forma conhecida como microstrip é a mais comum. Ela pode ser fabricada pelo mesmo processo das placas de circuito impresso e, portanto, é barata de produzir. Também se presta à integração com circuitos concentrados na mesma placa. Outras formas de linhas planares impressas incluem stripline, finline e muitas variações. Linhas planares também podem ser usadas em circuitos integrados monolíticos de micro-ondas, nos quais são parte integral do chip do dispositivo.Ghione e Pirola (2017), pp. 18–19.
Guia de ondas Artigo principal: Guia de ondas.
thumb|alt=Filtro de guia de ondas retangular com cinco parafusos de ajuste|Um filtro de guia de ondas