在5G通信技术推动的数字化浪潮中，有源与无源技术的深度融合已成为构建高效通信网络的核心路径。从基站天线阵列的精密设计到射频系统的复杂架构，两种技术的协同创新不仅突破了传统通信技术的性能瓶颈，更重塑了现代无线通信网络的底层逻辑。这种融合并非简单的技术叠加，而是通过功能互补与性能优化，在提升频谱效率、增强覆盖能力和降低能耗等方面实现了质的飞跃。
有源相控阵技术作为5G通信的核心驱动力，其本质在于通过对多个天线单元的相位和幅度进行动态控制，实现波束的灵活赋形与精准指向。在有源相控阵天线系统中，每个天线单元都配备独立的收发组件（T/R组件），这些组件集成了功率放大器、低噪声放大器、移相器和衰减器等有源器件。以氮化镓为代表的新型半导体材料在功率放大器中的应用，使发射功率密度提升至传统硅基器件的5倍以上，显著增强了信号传输距离。通过数字信号处理算法对T/R组件的参数进行实时调节，天线阵列能够将能量集中在目标区域，有效提升信号强度并减少干扰。在城市高楼林立的复杂环境中，有源相控阵天线可通过波束扫描和动态跟踪技术，规避建筑物遮挡带来的信号衰减，确保用户终端获得稳定的通信质量。
与之形成互补的无源器件，虽不具备信号放大能力，却在射频信号处理中扮演着不可或缺的角色。滤波器、功分器、耦合器和天线振子等无源器件，通过物理结构和电磁特性实现信号的分配、滤波和辐射功能。以滤波器为例，在5G通信的高频频段，尤其是毫米波频段，信号极易受到邻道干扰和杂散信号的影响，高性能的介质滤波器或声表面波（SAW）滤波器能够通过精确的频率选择特性，有效抑制带外噪声，保障信号传输的纯净度。在实际应用中，一款高性能的介质滤波器在毫米波频段的带外抑制能力可达80dB以上，极大提升了信号的抗干扰能力。功分器和耦合器则负责将射频信号按比例分配至不同路径，为天线阵列的馈电网络提供信号均衡，确保每个天线单元接收到的功率一致，从而优化天线的辐射性能。部分新型功分器采用平面螺旋结构设计，在实现低插入损耗的同时，能有效减少器件体积，满足5G基站小型化需求。
在5G基站天线的实际应用中，有源相控阵与无源器件的融合体现为精密的系统集成。大规模MIMO（多输入多输出）天线作为5G基站的标志性技术，通常采用二维平面阵列布局，将数百个无源天线振子与对应的有源T/R组件紧密集成。每个天线振子作为电磁波辐射的基本单元，通过微带线或波导结构与T/R组件相连，形成完整的收发链路。在波束赋形过程中，有源T/R组件通过调整信号相位实现波束方向控制，而无源天线振子则负责将电信号转换为电磁波辐射到空间中。这种设计不仅大幅提升了天线的增益和方向性，还通过空间复用技术显著增加了系统容量。例如，在密集城区部署的5G基站中，大规模MIMO天线可同时支持数十个用户的高速数据传输，频谱效率相比传统基站提升数倍。某运营商在一线城市部署的大规模MIMO基站，单站可同时服务200个以上用户，下行峰值速率达到2Gbps，有力支撑了高清视频、云游戏等大带宽业务的发展。
射频系统作为连接基带信号与无线信道的关键枢纽，更是有源与无源技术深度融合的集中体现。在发射链路中，基带信号首先经过有源的上变频器转换为射频信号，随后通过功率放大器进行功率提升。但功率放大器在放大信号的同时会引入非线性失真和互调干扰，此时无源的带通滤波器和均衡器发挥作用，通过频率选择性滤波和幅度校正，确保输出信号满足频谱掩模要求。在接收链路中，低噪声放大器（LNA）作为前端核心有源器件，负责对微弱的接收信号进行前置放大，但LNA自身的噪声系数会直接影响系统灵敏度，因此需要在其前后配置无源的匹配网络和带通滤波器，以优化信噪比并抑制带外干扰。此外，双工器、环形器等无源器件实现了收发信号在同一根天线端口的隔离，避免了信号串扰，保障了通信系统的正常运行。在一些先进的5G射频系统中，通过采用集成化的双工器设计，将发射和接收信号的隔离度提升至60dB以上，有效降低了信号干扰。
然而，有源与无源技术的融合并非一帆风顺，当前仍面临诸多技术挑战。在集成度方面，随着5G基站对小型化和轻量化的要求日益严苛，需要在有限的空间内集成更多功能器件，这对器件的设计和制造工艺提出了更高要求。大规模MIMO天线中的T/R组件和天线振子需要高密度集成，如何解决电磁兼容问题和散热难题成为关键。目前，业界采用三维堆叠封装技术，将多个T/R组件和无源电路垂直堆叠，在减少占用面积的同时，通过微通道液冷散热技术，使器件结温降低30℃以上。在成本控制上，有源T/R组件由于包含复杂的集成电路和高性能元器件，其成本占据了基站设备的较大比例。业界通过采用标准化设计、批量生产以及新型半导体材料（如氮化镓GaN）等手段，逐步降低有源器件成本；同时，优化无源器件的结构设计和制造工艺，实现性能与成本的平衡。通过采用低成本的印刷电路板（PCB）工艺制造无源滤波器，在保证性能的前提下，将成本降低。在系统协同优化方面，由于有源和无源器件的性能参数相互关联，需要建立精确的系统级仿真模型，通过联合设计和优化算法，实现整个射频链路的性能最大化。
随着半导体技术、微波毫米波技术和人工智能技术的持续进步，有源与无源技术的融合将迈向新的高度。在器件层面，三维集成（3D-IC）和系统级封装（SiP）技术的发展，有望实现有源和无源器件的单片集成，进一步缩小模块体积并提升性能。在系统层面，基于人工智能的自适应波束赋形算法将与硬件系统深度融合，使5G基站能够实时感知环境变化和用户需求，动态调整射频参数，实现智能高效的通信服务。此外，这种技术融合经验也将为6G通信的发展提供重要借鉴，推动无线通信技术向太赫兹频段和智能超表面（RIS）等方向演进。
从基站天线的精准辐射到射频系统的高效处理，有源与无源技术的融合贯穿5G通信网络的各个环节，成为支撑5G技术优势的关键力量。尽管面临集成度、成本和系统优化等挑战，但随着技术创新的不断推进，这种融合将持续赋能通信网络的升级，为万物互联时代的到来奠定坚实基础，并为未来移动通信技术的发展开辟新的路径。
