有源与无源：从基础到多波束天线的技术对比

在看文献的过程中，时常能看到有源和无源这两个词，下面一起了解一下。

一、有源与无源的概念解析

有源（Active）：需要外部电源供电，能够主动放大、调节或控制信号。例如手机、Wi-Fi路由器、晶体管元件等。其核心特点是具备“智能性”，如动态调整信号强度或方向。

无源（Passive）：无需外部电源，仅被动传输、反射或衰减信号。例如金属天线、电阻、电容等。其特点是功能单一，完全依赖外部信号源的驱动。

二、对比

举一个例子：无源多波束相位阵列天线；有源多波束相位阵列天线。

1.无源多波束相位阵列天线的原理与特点 

不使用任何有源元件，无源多波束天线通过中央电路（如移相器）控制所有天线单元的相位，所有单元共享同一信号源。经过数十年的发展，已经提出多种不同的波束形成电路，其中最经典的是由 Bulter 矩阵和 Blass 矩阵构成的多波束天线。其中 Bulter 矩阵通过理论分析，可以在理想情况下实现无损耗，且元器件个数相同的前提下，可获得波束数量最多，因而获得广泛关注，而 Blass 矩阵则以其高度的灵活性脱颖而出，它不仅能够产生任意数量的波束，更允许每个波束指向任意方向，甚至能够根据需要塑造不同的波束形状，为天线设计带来了更多的可能性。其电路都是定向耦合器和移相器的组合连接产生相位差，由于不同端口所需相位不一致，因此形成多波束馈电网络，进而产生不同角度的波束。

无源多波束结构图 ：左图4×4Bulter 矩阵多波束天线结构图;右图Blass 矩阵多波束天线结构图

2.有源多波束相位阵列天线的原理与特点 

通过对天线在接收或发射电磁波时馈源的相位参数进行调控，有源多波束相位阵列天线能够在特定指向进行波束调控。与无源多波束天线相比，有源多波束天线的每个天线元件都有自己的低噪声放大器(LNA)和功率放大器(PA)。射频移相器放置在 LNA 或 PA 和混频器之间，与无源多波束天线的移相器数量相同，但构造上的差异提升了系统噪声系数也因此提升了接收灵敏度。此外，它还能够产生高水平的射频功率和更好的系统线性度。随着技术的不断发展，现在直接采用数字移相电路，它有自己的放大模块，但没有任何移相器和衰减器。使用高速数字信号处理(DSP)芯片进行处理，可以加快波束调控速度，并且可以根据需求控制波束的形状。

有源阵列天线示意图 

3. 无源与有源多波束天线的对比

 参考文献：

[1]罗浩楠, 《5g毫米波超表面天线的研究和设计》, 硕士学位论文, 电子科技大学, 成都, 2024.