天线和它周围的匹配，是一个无线设计悄悄出错最多的地方，比别处都多。射频可以是一颗好料、固件也干净，产品却照样够不到房间另一头，只因为几毫米的铜和一把无源件，被当成布局收尾时塞进剩余空间的事后补丁。

这部分设计不起眼、又容易少给预算，因为在原理图上它只是坐在射频和空气之间的一根天线加几个元件。它也是射程、和一次射频认证过不过的决定之处，它遵循一套不会向紧排期或拥挤板子让步的物理规则。这就是为什么天线和前端值得在计划里有自己的位置、而不是被分到剩下的那个角落，也是为什么一个没有射频经验的团队，会把这当成要找人帮忙的那部分、而不是临时凑合的那部分。

贴片天线还是板上走线天线

第一个决定是天线到底是什么，对一个 2.4 GHz 设计，通常归结为一颗贴片天线、还是一段刻在板上的走线。一段走线天线在料上不花钱，因为它只是板厂反正要印的那一层上的铜，但它吃板面、底下要一块没有地的净空区、还得为它所在的那个具体板层叠构调谐，也就是把真硬件反复迭代到它在该谐振的地方谐振。这笔交换正是在贴片天线和板载走线天线之间选的核心，它通常取决于一个产品能匀出多少板面、以及团队愿意接下多少射频调谐的功夫，而不是任何单一数字。

另一条路买的是一个已知量。2450AT18A100 是一颗 2.4 GHz 贴片天线，一颗有特性化辐射方向图和已知阻抗的小陶瓷件，落到板上、顶替一段调谐走线，拿几分钱和一点高度，换一个可预料的结果和一个更小的占位。它仍要它的地净空和一个匹配网络，仍得在真产品里核一遍，但它去掉了从零设计、调谐一个辐射体的慢活，这就是为什么它适合一个宁可买天线、也不想为一个产品变成天线工程师的团队。

两种选择都逃不开布局。一颗摆得糟的贴片天线，被金属挤着、或压在一片地铺铜上，表现还不如一段用心布的走线天线，所以这颗料的好，永远只到设计给它的那点空间为止。这个决定与其说是抽象地哪个更好，不如说是哪一个对得上板面、高度限制、和项目真带来的射频经验，两个都能赢，只要它是对上那些约束的那一个。

中间那个匹配

在射频引脚和天线之间坐着一个匹配网络，它是比别的任何东西都更决定链路能不能成的那一块，因为一颗为 50 欧负载设计的射频，只把它的功率送进接近 50 欧的东西里。一颗驱动差分输出的射频，像很多那样，先得把那个信号变成天线想要的单端、不平衡的形式，这正是巴伦的活，它把平衡转成不平衡、又在同一颗件里挪阻抗。BALF-NRG-01D3 是给 nRF 无线做巴伦匹配的一颗集成件，用一个按那颗射频的引脚定尺的调谐块，顶替一簇分立的电感和电容，既缩了板、又拿掉了一组容易出错的元件值。换成用分立件做匹配，它是一个几颗件的 pi 网络，那些值把天线的阻抗变换到射频期待的 50 欧，而那些值取决于板、天线、以及附近的一切，所以它们是拿一台网络分析仪在真硬件上调出来的、而不是从一次计算里信来的。这件事这么要紧的原因，是一次失配把功率往射频弹回去、而不是辐射出去，量成回波损耗或 VSWR，一个糟糕的匹配能把大半发射功率扔掉、同时让接收机失敏，把一颗标着长链路的料，变成一颗勉强够到房间另一头的。天线自己的阻抗甚至不是固定的，因为它随地平面、外壳、和附近一只手或一个表面而移，所以那个在裸板上看着完美的匹配，一旦产品装起来、被握在手里就漂了。一个用心的设计，把天线放进它真正的外壳里调匹配、在整个频段而不是单一频点上核它、还为几颗多余的匹配件留出焊盘，好在第一批板回来后调那些值，因为匹配几乎从来不在第一次猜对，而一次重新流片的代价远高于三个没贴件的焊盘。同样的用心延伸到线缆和连接器，当天线在板外时，因为一段失配的同轴、或一个廉价的 u.FL 接头，能在信号还没到辐射体之前就把一个好匹配毁掉。

用一个前端把射程推远

当链路得够到比射频独自能管的更远，一个前端就坐到射频和天线之间，在出去的路上加功率、在进来的路上加灵敏度。一个功率放大器抬高发射电平，一个低噪声放大器降低接收机给一束微弱来信添的噪声，许多前端件把两者连同那个在收发之间切换单根天线的开关一起封进去。这是不动射频、不动协议就把链路拉长的标准办法，它坐在匹配已经占着的同一条信号路上。

给一条亚 G 链路做这件事的料是众多里的一个例子。SKY66112-11 给一条亚 G 链路加一个功率放大器，把输出功率抬向那个频段法规允许的上限，这能把一条刚刚够到的链路，变成一条在嘈杂环境里有舒服余量的。它发射时抽实打实的电流，几十毫安往上、看输出电平，所以它属于一个市电节点、或一个占空比把发射时间压得够短、电池扛得住峰值的节点。一个把接收信号在不需要那点额外灵敏度时绕开放大器的旁路通路，把空闲电流压下来，正是这个细节，让这样一颗料能坐在一个不总在大声喊的设备上。

一个前端不是白来的，去够它，后果不止料钱。那点额外发射功率得待在那个频段的规管天花板以内，一个设计能靠加增益、又不算天线自己的增益，直直撞穿它，于是把一次射程升级变成一次认证失败。放大器还添电流、添热、添几颗要调的件，选错料还会抬高接收的噪声预算。一个前端在基础做对之后、射程确实不够的地方才挣到位子，而对一条因为天线或匹配做得差才弱的链路，它是错的第一答案。

先把天线和匹配做对；只有当预算还要更多射程时，才加一个前端。

那块不能省的净空

每根天线都需要它周围一块没有铜、没有元件、没有金属的板上区域，那块净空区，它是一块板一拥挤就最先被破的规矩。天线往它周围的空间辐射，而坐在那块空间里的铜、一块电池、或一个屏蔽罩，吸收并失谐它，把它的谐振拉偏频、偷走本该作为信号离开板子的能量。这笔代价不在原理图上显出来，这就是它能熬过评审、只在射程偏低时才浮现的原因。

天线净空区为什么不能省的原因，是再多的匹配或放大，都救不回一根被它周围环境闷死的天线。净空是天线设计的一部分，在它的 datasheet 里被定成一个形状和一段间距、是有道理的，而把它缩小去塞下多一颗件，正是后来冒出来、从原理图上谁也追不到的那个射程投诉，因为不管净空有没有被尊重，原理图看着都一样。

底下的地平面是同一条规矩的另一半。许多小天线把板的地平面当成辐射体的一部分、或当成一个对地配重，所以它的大小和形状直接改天线的行为，一个太小、或在错地方被切开的地平面，和一颗摆错的元件一样确定地把调谐挪走。天线、它的净空、和地平面是一个系统、而不是三件各自独立去布的东西，对其中任何一个的改动，都是对天线的改动。

外壳合上这个环。天线旁的塑料给它加载、挪它的调谐，旁边的金属能干脆让它停掉，而一只手裹住一个手持产品，以任何裸板测量都预测不到的方式失谐并吸收，这就是为什么一个无线产品得装好了整机来测、而在人会握它的地方、还要握在手里测。一个只调裸板的设计，调的是一个和客户会用的那台不同的设备。

这一切都不玄，而它全都不留情：天线、匹配、和它们周围的空间，远在射频 datasheet 那些数字进场之前，就把链路定了。一个在现场够到它标称射程的产品，几乎总是这一层早早拿到了它的预算和注意力的那个，而不是一个让一颗强射频在最后去替一根被塞进剩余角落的天线补救的那个。