Guía para la selección de filtros de RF: aspectos fundamentales a tener en cuenta en proyectos de DAS y estaciones base

Si eliges el filtro equivocado, la calidad de la señal de todo tu sistema puede irse al traste.

En los sistemas de radiofrecuencia, es fácil pasar por alto los filtros: no son tan visibles como las antenas, ni tan “notables” como los amplificadores de potencia. Pero este discreto componente pasivo, cuando se elige correctamente, funciona silenciosamente en segundo plano; cuando se elige mal, puede lastrar todo un DAS o convertir un proyecto de estación base en un sinfín de ajustes y quejas de los clientes.

A lo largo de los años, he visto bastantes proyectos en los que el equipo de instalación montaba correctamente los divisores de potencia y los acopladores, pero, en lo que respecta al filtro, simplemente cogían lo primero que les parecía “suficientemente bueno” y lo atornillaban. ¿El resultado? Se colaron interferencias fuera de banda, la sensibilidad de recepción se desplomó y el rendimiento del PIM no se pudo reducir por más que lo intentáramos. Tras sustituirlo, el problema desapareció.

Este artículo deja de lado las teorías superfluas y va directo a los aspectos técnicos clave: los parámetros que realmente importan a la hora de elegir un filtro.

Pasabanda, supresor de banda, paso bajo, paso alto: elige bien el tipo desde el principio

Muchos ingenieros noveles echan un vistazo a una tabla de selección de filtros y se sienten abrumados. Al ver la sucesión de números y letras del número de modelo, no tienen ni idea de por dónde empezar. Pero el primer paso es sencillo: averiguar qué tipo de filtro necesitas realmente.

Filtros de paso de banda son el tipo más común en Sistemas de radiofrecuencia. Su función es sencilla: dejar pasar las señales de una banda de frecuencias concreta y bloquear todas las demás. Los filtros de paso de banda se encuentran en todas partes: en las rutas de transmisión y recepción de las estaciones base, en los front-ends de los sistemas DAS y en las etapas de entrada de los repetidores.

Filtros de banda detenida (filtros de muesca) hacen justo lo contrario: bloquean solo una banda de frecuencias estrecha y dejan pasar todo lo demás. Suelen utilizarse cuando se tiene un problema específico de interferencias, como una señal interferente potente que se encuentra justo dentro de la banda de recepción; un filtro de rechazo de banda puede eliminarla.

Filtros de paso bajo y de paso alto se utilizan con menos frecuencia, sobre todo en la gestión de la polarización de corriente continua, la supresión de armónicos y situaciones similares. Es habitual ver filtros de paso bajo en la salida de los amplificadores de potencia para eliminar los armónicos generados por el amplificador.

Pérdida de inserción – La señal desaparece antes incluso de llegar a la antena

La pérdida de inserción es probablemente el primer parámetro que se tiene en cuenta a la hora de elegir, pero también es uno de los más malinterpretados.

En pocas palabras, la pérdida de inserción indica cuánta potencia de señal se “pierde” al pasar por el filtro. Si un filtro tiene una pérdida de inserción de 0,5 dB, al introducir 100 W se obtienen aproximadamente 89 W de salida, lo que significa que se disipan 11 W de energía en el interior del filtro. Si la pérdida de inserción alcanza los 2 dB, al introducir 100 W solo se obtienen 63 W de salida.

En la estación base y Sistemas DAS, cada 0,5 dB adicional de pérdida de inserción implica que el amplificador de potencia tiene que esforzarse más para compensarla. Cuando se aumenta la potencia, la disipación de calor, el consumo eléctrico y la vida útil del dispositivo se ven afectados. Por lo tanto, siempre que rechazo fuera de banda Siempre que se cumplan los requisitos, la pérdida de inserción debe ser siempre lo más baja posible.

Entre los de MS TELERF productos de filtrado por cavidad, algunos modelos alcanzan una pérdida de inserción típica inferior a 0,5 dB, y ciertos filtros de paso de banda específicos para DAS pueden incluso mantenerla por debajo de 0,5 dB. Se trata de un rendimiento bastante sólido en el sector, aunque, por supuesto, la cifra real depende de la frecuencia, el ancho de banda, el nivel de potencia y otros factores. No existe una respuesta válida para todos los casos.

Rechazo fuera de banda» – Evitar la interferencia de las señales de bandas adyacentes

Si la pérdida de inserción se refiere a “si la señal que debe pasar puede atravesar el sistema”, el rechazo fuera de banda se refiere a “si la señal que NO debe pasar puede bloquearse”.”

El rechazo fuera de banda suele expresarse en dB: cuanto mayor sea el valor, mayor será la capacidad del filtro para “mantener alejadas las interferencias”. Un filtro de alta gama para una estación base puede necesitar un rechazo fuera de banda de 50 dB o incluso de más de 60 dB. Esto significa que las señales interferentes fuera de la banda de paso se atenúan en un factor de entre 100 000 y 1 000 000.

¿Por qué es esto tan importante? Hoy en día… espectro de radiofrecuencias está abarrotada como el metro en hora punta: la banda de 900 MHz podría estar justo al lado de la de 1800 MHz, con solo unas pocas decenas de megahercios de separación entre ambos sistemas. Si el rechazo fuera de banda del filtro es insuficiente, se filtrarán señales de alta potencia procedentes de la banda vecina. En el mejor de los casos, elevan el nivel de ruido de fondo; en el peor, pueden saturar por completo el canal de recepción.

Este problema es aún más acusado en los sistemas DAS. Un único sistema DAS puede tener que dar soporte a varias bandas de frecuencia de distintos operadores. Si el aislamiento entre los filtros es insuficiente, los productos de intermodulación y las señales espurias pueden provocar un caos en todo el sistema.

Potencia – No dejes que se queme el filtro

Potencia admisible Parece sencillo —¿cuántos vatios puede soportar?—, pero es aquí donde a menudo se cometen errores a la hora de elegir.

Mucha gente solo tiene en cuenta la potencia media y pasa por alto la potencia máxima. En el caso de las estaciones base, las señales no son constantes. El tráfico de voz y datos fluctúa entre períodos de actividad y de inactividad, y la potencia varía considerablemente. Si la capacidad de manejo de potencia del filtro es “apenas suficiente” para la potencia media, un pico puede causar problemas, que van desde un deterioro del PIM hasta la formación de arcos eléctricos internos o la ruptura dieléctrica.

Otro aspecto que suele pasarse por alto: la potencia admisible y la pérdida de inserción están relacionadas entre sí. A filtro Una pérdida de inserción mayor genera más calor interno con la misma potencia de entrada. El calor provoca la expansión de la cavidad, la respuesta en frecuencia se desvía y el PIM empeora. Se trata de un círculo vicioso.

MS TELERF’s filtros de calidad para estaciones base Suelen soportar entre 150 W y 200 W, y algunos modelos para exteriores cuentan con protección IP67 contra la intemperie. Si tu proyecto implica una instalación en la parte superior de una torre al aire libre, asegúrate de comprobar el índice de protección contra la entrada de agua y polvo: un filtro de interior que se coloque en el exterior puede estropearse con una sola tormenta.

PIM – El asesino invisible

La intermodulación pasiva (PIM) ya se trató en detalle en un artículo anterior, por lo que aquí solo abordaremos los aspectos específicos de los filtros.

Los filtros se encuentran entre los componentes de mayor riesgo de PIM en un Cadena de RF. La razón es sencilla: un filtro contiene varias cavidades resonantes conectadas mediante estructuras de acoplamiento, y cada superficie de contacto y cada tornillo de ajuste pueden convertirse en una fuente de PIM.

En los sistemas DAS y en las instalaciones compartidas por varios operadores, el rendimiento PIM de un filtro determina directamente hasta qué nivel se puede reducir el ruido de fondo del sistema. Un filtro con un rendimiento PIM deficiente, cuando se le aplica una potencia elevada, puede generar productos de intermodulación que caen justo dentro de la banda de recepción; es como si el propio sistema generara su propia interferencia.

Los requisitos del sector en materia de PIM para los filtros destinados a estaciones base son cada vez más estrictos. La serie de filtros de alto rendimiento de MS TELERF puede alcanzar valores de PIM de hasta -153 dBc o incluso -155 dBc, lo que cumple con los exigentes requisitos de la mayoría de las estaciones base 5G. Pero hay que tener en cuenta una cosa: las especificaciones de PIM se miden en condiciones de ensayo específicas (normalmente con portadoras de 2×43 dBm). En la práctica, una potencia menor ofrece mejores valores de PIM, mientras que una potencia mayor los empeora. Es necesario dejar un margen suficiente.

¿Por qué? Filtros de cavidades Aplicaciones para estaciones base y sistemas DAS

Una vez analizados los parámetros, abordemos una duda habitual a la hora de elegir: ¿filtro de cavidad o filtro cerámico? ¿Cuál elegir?

Los filtros cerámicos son más pequeños y económicos, lo que les da una ventaja en el sector de la electrónica de consumo y en determinadas aplicaciones en las que el tamaño es un factor determinante. Sin embargo, en los sistemas de comunicación profesionales, como las estaciones base y los sistemas DAS, los filtros de cavidad son, sin duda, los más utilizados.

La razón no es complicada. Los filtros de cavidad tienen un factor Q elevado y un bajo pérdida de inserción, y una gran capacidad de manejo de potencia. Para un mismo requisito de rechazo fuera de banda, un filtro de cavidad puede cumplirlo con menos etapas y una pérdida de inserción aún menor. Además, los filtros de cavidad son estructuralmente estables: los cambios de temperatura y las vibraciones mecánicas afectan mucho menos a su rendimiento que en el caso de los filtros cerámicos.

Por supuesto, los filtros de cavidad también tienen sus inconvenientes: son más grandes, más pesados y más caros. Pero en estación base En los escenarios DAS, el rendimiento tiene prioridad sobre el tamaño, por lo que los filtros de cavidad siguen siendo la primera opción. La gama de productos de MS TELERF también se centra en los filtros de cavidad y abarca múltiples bandas, desde los 700 MHz hasta los 2700 MHz.

La selección en la práctica: una lista de verificación para orientar tu decisión

Una vez aclarados todos estos aspectos teóricos, aquí tienes una lista de comprobación práctica. Cuando recibas la ficha técnica de un filtro, revisa estos puntos uno por uno:

• ¿Es correcto el tipo de filtro? (pasabanda / rechabanda / paso bajo / paso alto)
• ¿La frecuencia de la banda de paso cubre por completo tu banda de funcionamiento?
• ¿Se encuentra la pérdida de inserción dentro del margen del presupuesto de enlace de tu sistema?
• ¿El rechazo fuera de banda suprime adecuadamente las interferencias en las bandas adyacentes?
• ¿La potencia admisible incluye la potencia máxima (y no solo la potencia media)?
• ¿Cumple el rendimiento del PIM los requisitos de nivel de ruido de fondo del sistema?
• ¿El tipo de conector es compatible con el resto del sistema? (tipo N, DIN, 4,3-10)
• ¿El entorno de instalación es interior o exterior? ¿Es suficiente el índice de protección IP?
• ¿El rango de temperaturas de funcionamiento se adapta a las condiciones climáticas del emplazamiento del proyecto?

Revisa estos nueve puntos y es poco probable que tu selección de filtros presente problemas importantes.

Filtros: si eliges el adecuado, funcionarán silenciosamente en segundo plano; si eliges uno inadecuado, pueden convertir todo tu sistema en una pesadilla. Esperamos que este artículo te ayude a evitar algunos escollos en tu próximo proyecto.

Si tienes alguna duda sobre la selección de filtros o necesitas conocer los parámetros específicos de un producto y los informes de pruebas, no dudes en ponerte en contacto con el equipo técnico de MS TELERF.