超能課堂(276):WiFi路由器中的主動式天線很厲害嗎?

在之前的《超能課堂(271):拆掉路由器上的天線,我們的WiFi還好用嗎?》中我們給大家簡單講解了WiFi天線的作用,以及沒有WiFi天線對我們的無線網絡會造成什麼影響。
從我們的測試可以得知,雖然多數WiFi天線的結構非常簡單,但沒有了它們路由器的網絡覆蓋會大打折扣,因此哪怕WiFi天線只是一小段銅線或者只是一小塊覆銅PCB,該接上天線的還是得接上天線,不能為了外形好看就自行拆除。

超能課堂(276):WiFi路由器中的主動式天線很厲害嗎?

不過如果你認為路由器上的WiFi天線都大同小異,都是一塊銅片或者一段銅線的話,那你就小看WiFi天線了。雖然我們常見的天線在本質上確實都是一塊銅片或者一段銅線,只是根據增益需求的不同而做成了不同的造型,但這種天線並不是WiFi天線的全部。在路由器中還有一種天線,其有著完全不同於常規天線的結構,可以提供更強的增益能力,而且信號底噪也優於常規天線,那就是傳說中的「主動式天線」。

什麼是主動式天線?

主動式天線也叫作有源天線,與之對應的則是被動式天線,也就是無源天線。這兩種天線有什麼區別呢?從最直接的區別來看的話,那就是主動式天線是需要供電的,因此是「有源」,而被動式天線則是不需要供電的,所以是「無源」。更深入一點的區別則是,主動式天線抗干擾能力更強,信號底噪更弱,有利於提供穩定的連接速率和更大范圍的信號覆蓋,但由於需要進行供電,因此多數情況下需要配套使用,一般不能自行更換;而被動式天線的增益是無差別的,無論是有效的網絡信號還是信號中的底噪都會被同等增強,因此信號的有效增益和天線的理論增益並不一定是線性關系,然而其勝在結構簡單且無需供電,只要有相應的接口就可以自行更換。

超能課堂(276):WiFi路由器中的主動式天線很厲害嗎?

這兩種天線的結構差異只需要簡單的拆解就會很清晰的展露出來,被動式天線本質上就是一個金屬塊,當然形狀上會根據實際需求有所變化,比較常見的是螺旋彈簧型或者是金屬管,有些甚至只是一根銅線,因此被動式天線完全可以自行更換,從低增益型換為高增益型,以獲得更廣闊的信號覆蓋范圍。

超能課堂(276):WiFi路由器中的主動式天線很厲害嗎?

而主動式天線則是包含有功率放大器以及低噪聲放大器等電子元器件,並不僅僅只是簡單的金屬塊,因此必須配備相應的供電線路,讓功率放大器和低噪聲放大器等元器件可以正常工作,同時設備內部也要有配套的電路來對天線進行數據信號的傳送。也正因為如此,主動式天線基本上都是不能自行更換的,即便是換也是同款替換,不然容易引發兼容性問題,反而無法正常工作。

主動式天線相比被動式天線有什麼優勢?

從功能上說,主動式天線和被動式天線並沒有本質的區別,都是起到信號增益的作用,但是從增益幅度上來說,被動式天線是比不上主動式天線的。常見的被動式天線在增益上只有3dBi到5dBi,而且增益能力越強,天線的體積往往也越大,例如市面上有些號稱增益能力達到10dBi的被動式天線,其長度就明顯長於我們常見的5dBi增益天線。

超能課堂(276):WiFi路由器中的主動式天線很厲害嗎?

而主動式天線由於自帶功率放大器以及低噪聲放大器,因此其增益能力非常厲害,以網件R9000上的主動式天線為例,其增益能力號稱可以達到26dBi的水平,同時還自帶有收發時序控制的功能,信號覆蓋以及信號底噪也要優於常見的被動式天線。

然而這些優勢只是停留在天線上,如果放到整個路由器中,可能就不一定有明顯的效果。由於主動式天線自帶功率放大器以及低噪聲放大器,因此採用這種天線的家用級路由器往往不配置相應的電路,直接通過天線進行信號增益;而被動式天線的增益幅度雖然小,但是採用這種天線的路由器多數會配置額外的功率放大電路和底噪過濾電路,因此實際的信號覆蓋以及抗干擾能力並不見得比主動式天線產品低。

為什麼主動式天線在家用路由器上得不到普及?

其實早在WiFi
5的時代主動式天線就已經嶄露頭角,網件在R8500和R9000的宣傳上就使用了「主動式天線」、「有源天線」的字眼,當時可以說是搶足了眼球,也獲得了很多玩家的認可。然而後續的產品里我們卻很少再聽到類似的說法,感覺R8500和R9000就成了第一代也是最後一代使用主動式天線的家用級路由器。那究竟是因為主動式天線沒有實際作用,還是說主動式天線已經成為主流,沒有進一步宣傳的價值呢?

超能課堂(276):WiFi路由器中的主動式天線很厲害嗎?
採用被動式天線的路由器同樣具備功率放大器和低噪聲放大器等相關電路

實際上我們這里所說的「主動式天線」和「被動式天線」只是針對天線本身而言,但天線不管是放在無線網卡上還是放在無線路由器上,其往也只是某個整體的一部分。主動式天線雖然自帶有功率放大器以及低噪聲放大器等電子元器件,但很多搭配被動式天線的路由器其實也有相應的電路,
只是位置不在天線,而是放在主PCB上,如果畫成電路原理圖,其實跟採用主動式天線的產品是基本一致的。

在網件R8500和R9000上使用的主動式天線就是這樣的情況,實際上其只是將原本布置在PCB上的部分電路轉移到了天線上,雖然可以帶來信號上的優化,但相比採用被動式天線的同級產品並沒有足夠的性能優勢,甚至是讓路由器的結構變得更為復雜。因此在經歷了這次嘗試之後,網件在WiFi
6時代的路由器又回到了成熟的「被動式天線」上,隨後推出的產品在結構上自然變回了大家熟悉的設計。

因此對於家用級路由器而言,主動式天線以及被動式天線之間的差異遠沒有大家想像的高,前者更多地還只是一種嘗試,並沒有真正作出突破,而後者也沒有形成使用上的瓶頸,無論成本還是實際效果都仍然讓人滿意。這就是為什麼如今主動式天線在家用路由器中仍然沒有廣泛使用,被動式天線依然是絕對主流的主要原因。
當然我們也不能因此就認為主動式天線沒有價值,只能說我們現在家用路由器上的「主動式天線」只是名義上的,還算不上真正意義的主動式天線。真正意義上的主動式天線或者有源天線多數都應用在行業級產品中,例如我們的4G/5G無線基站,這些基站上的主動式天線可不僅僅用於功率放大或者是噪聲過濾等基礎功能,有些甚至具備一定的數據信號的處理能力,技術含量比我們家用級路由器上的「主動式天線」高出不少。

來源:超能網