Ga naar inhoud

Filters

DESENSITISATIE · FILTERTYPEN · PLAATSING · WANNEER HET LOONT

Een node die naast een zendmast staat kan volstrekt gezond zijn en toch vrijwel niets horen. De chip is heel, de antenne is goed afgeregeld, de firmware klopt — en de ontvanger is doof, omdat er zoveel vermogen op de ingang staat dat hij zijn eigen band niet meer schoon kan verwerken. Dit hoofdstuk beschrijft hoe dat werkt, welke filters er bestaan, wat ze wel en niet doen, en hoe je vooraf uitrekent of een filter in jouw geval winst oplevert of juist verlies.

[!NOTE] Bron. Vrijwel niets op deze pagina komt uit de MeshCore-firmware. Uit de firmware komen alleen de radioparameters en de ondergrens van de gemeten ruisvloer: MeshCore v1.16.0, commit 03b6ef4, 28 juli 2026, bestand src/helpers/radiolib/RadioLibWrappers.cpp. De mastgegevens komen uit het openbare Antenneregister. Al het overige is algemene radiotechniek, en de niveauschattingen zijn berekeningen met expliciete aannames — geen metingen. Elk cijfer is herrekenbaar met tools/filter-planning.py.

Waarom een ontvanger doof wordt

De gevoeligheid van een LoRa-ontvanger is de ruisvloer plus de SNR die de gekozen spreidingsfactor nodig heeft. Zie Linkbudget voor die som. Wat daar als een vast getal staat, is het in de praktijk niet: de ruisvloer is geen eigenschap van de chip maar van de chip op die plek.

Zet dezelfde node naast een opstelpunt van een mobiele operator en de vloer loopt op. Niet omdat er iets op 869 MHz zendt, maar omdat de versterker en de menger in de ontvangketen al het vermogen te verwerken krijgen dat de antenne binnenhaalt — over het hele spectrum, niet alleen in de 62,5 kHz waar je in geïnteresseerd bent. Die verhoging heet desensitisatie.

Hoeveel vermogen dat is, laat zich schatten. Een opstelpunt in Zwolle met antennes op 30,4 m draagt volgens het Antenneregister acht banden, van 773 tot 3700 MHz, met vermogens tot 48,2 dBW. Bij een schuine afstand van 40 m en 25 dB onderdrukking onder de hoofdbundel komt dat neer op:

Band MHz dBW Aan de ingang
5G n28 773 34,0 −23,3 dBm
4G B20 816 34,5 −23,2 dBm
2G/4G 900 940 34,9 −24,1 dBm
L-band SDL 1474,5 36,4 −26,5 dBm
4G B3 1815 39,2 −25,5 dBm
5G n1 2160 40,5 −25,7 dBm
4G/5G 2600 2660 35,9 −32,1 dBm
5G n78 3700 48,2 −22,7 dBm
composiet −15,6 dBm

Dat is één sector; drie sectoren samen liggen enkele dB hoger. De afstand en de patroononderdrukking zijn aannames en geen metingen — verander de onderdrukking in 15 of 35 dB en de hele tabel schuift 10 dB mee. Wat de tabel wél laat zien is de orde van grootte: enkele tientallen dB boven het niveau waarop een ontvangeringang zonder voorselectie nog netjes lineair blijft.

Frequentiekaart van de zenders op een GSM-mast ten opzichte van 869,618 MHz, met de tweede-orde verschilproducten die op de SRD-band landen

Balkhoogte is evenredig met het geregistreerde vermogen. Geen enkele draaggolf ligt dicht bij 869,618 MHz — de dichtstbijzijnde staat 54 MHz weg. Het probleem zit niet in nabijheid maar in totaal vermogen.

Vier manieren waarop het misgaat

Blokkering. De versterking van de ontvangketen regelt op het totale vermogen op de ingang, niet op wat er in je kanaal zit. Sterke signalen ver buiten je band drukken de versterking omlaag en tillen de effectieve ruisvloer op. Dit is de meest voorkomende oorzaak en de enige waar een filter altijd tegen helpt. ETSI kent hier een eis voor: EN 300 220-1 beschrijft blokkering en verdeelt ontvangers in categorieën, waarbij categorie 1 de hoogste eisen stelt en categorie 3 de laagste.

Tweede-orde intermodulatie. Zodra de ingang niet meer lineair is, gaan sterke signalen met elkaar mengen. Het verschil van twee zenders kan precies in je band vallen. Voor dit opstelpunt geldt:

Paar Blokbreedte ±10 MHz Nominale banddownlink
1815 − 940 855–895 MHz — raak 845–955 MHz — raak
2660 − 1815 825–865 MHz — mis 740–885 MHz — raak

Het verschil tussen de 1800- en de 900-band landt onder elke redelijke aanname op 869,618 MHz. Het verschil tussen 2600 en 1800 hangt af van de werkelijke kanaalbreedtes: het register geeft voor 4G en 5G alleen een middenfrequentie, geen bandbreedte. Neem je de blokken smal, dan mis je net; neem je de nominale banden, dan raak je. Dat product is dus een kandidaat, geen zekerheid.

[!NOTE] De norm laat dit bewust open. EN 300 220-2 stelt geen eis aan intermodulatie, om het testen eenvoudig te houden; de redenering is dat de blokkeringseis het vermogen om sterke buiten-band signalen te verwerken al afdekt. De norm voegt daar zelf aan toe dat fabrikanten het risico op intermodulatie moeten beoordelen bij opstelling naast krachtige zenders. Precies de situatie die dit hoofdstuk beschrijft.

Zenderruis. Elke zender produceert breedbandige ruis buiten zijn eigen kanaal. Basisstations zijn daar goed op gefilterd, dus dit is de minst waarschijnlijke van de vier — maar bij honderden kilowatts opgeteld uitgestraald vermogen is de bijdrage niet per definitie nul.

Passieve intermodulatie. Sterke velden die op corroderende metaal-op- metaalovergangen vallen — bouten, hekwerk, regenpijp, beugelwerk — produceren daar mengproducten die vervolgens opnieuw uitgestraald worden. In de vakliteratuur heet dit het roestige-boutverschijnsel, en het is een erkende oorzaak van ontvangerverstoring op zendmasten. Dit is de vervelende variant: het product ontstaat buiten je node en zit al op 869 MHz voordat enig filter eraan te pas komt.

Wat een filter is

Een filter laat een band door en dempt de rest. Vier getallen beschrijven hem volledig.

Doorlaatkarakteristiek van een bandfilter met invoegverlies, onderdrukking en een spurious doorlaat bij drie keer de middenfrequentie

Schematisch. Het invoegverlies is overdreven getekend om het zichtbaar te maken; in werkelijkheid is het een paar dB tegenover tientallen dB onderdrukking.

Doorlaatband — waar het signaal doorheen mag. Voor MeshCore in Europa is dat de SRD-band 863–870 MHz. Smaller ontwerpen levert scherpere flanken, maar maakt je gevoelig voor afstemming en temperatuur.

Invoegverlies — wat je in de doorlaatband kwijtraakt. Dit veroorzaakt rechtstreeks verlies aan gevoeligheid en zendvermogen, dus het telt dubbel.

Onderdrukking — wat er buiten de band wegvalt. Het getal alleen zegt niets; je moet weten over welk frequentiebereik het geldt. Een filter dat 40 dB haalt tot 2 GHz en daarboven openstaat is voor een opstelling naast een 3700 MHz-zender niet bruikbaar.

Vermogensgrens — hoeveel het filter aan zendvermogen verdraagt. De SX1262 levert maximaal 22 dBm; een filter dat tot +20 dBm is gespecificeerd dwingt je het zendvermogen te begrenzen.

De resonator

Vier van de vijf typen in de volgende paragraaf zijn opgebouwd uit hetzelfde onderdeel. Wie dat kent, ziet meteen waarom ze in Q, invoegverlies en volume zo uiteenlopen — en waarom ze allemaal dezelfde valkuil delen.

Doorsnede van een kwartgolfresonator: een binnengeleider in een afgesloten metalen kast, onderaan kortgesloten tegen de wand, met een afstemschroef boven het vrije uiteinde en twee koppellussen

De binnengeleider staat onderaan in verbinding met de wand en eindigt bovenin vrij. De koppellussen halen het signaal erin en eruit.

Een kwartgolfresonator is een stuk geleider in een afgesloten metalen kast, aan de ene kant kortgesloten tegen de wand en aan de andere kant vrij. Bij de frequentie waarop die geleider precies een kwart golflengte lang is, transformeert de kortsluiting aan de voet zich naar een open einde aan de top: daar is de spanning maximaal en de stroom nul. Dat is resonantie, en anders dan bij een spoel met een condensator ligt hij vast in de mechanische afmetingen — niet in componenten met een tolerantie en een temperatuurcoëfficiënt.

Hoe lang

Een kwart golflengte op 869,618 MHz is 86,2 mm. In de praktijk wordt de geleider korter gemaakt en het verschil aangevuld met capaciteit boven het vrije uiteinde: de afstemschroef, of een schijfje. Dat heeft drie gevolgen. Het filter wordt compacter, het is af te regelen zonder eraan te zagen, en de eerstvolgende resonantie schuift omhoog. Dat laatste is geen bijzaak — het is precies de knop waarmee je de spurious doorlaat verderop uit de weg zet.

Waar de Q vandaan komt

De verliezen zitten vrijwel volledig in de weerstand van het metaaloppervlak waarlangs de stroom loopt. Bij hetzelfde opgeslagen veld betekent meer oppervlak minder verlies, en daarom groeit de Q mee met de afmetingen. Een geleider van anderhalve centimeter in een kast van acht haalt een veelvoud van dezelfde kring, opgerold in een blikje van twee. De rangschikking in de tabel hieronder is dus geen toeval maar meetkunde: van klein en slap naar groot en scherp.

Van resonator naar filter

Eén kring is nog geen filter. Het signaal gaat erin en eruit via een lus, een aftakking op de geleider of een korte kabel. Hoe vaster die koppeling, hoe breder de doorlaat en hoe minder steil de flanken. Meer kringen achter elkaar maken de flanken steiler en voegen per kring invoegverlies toe.

Waar die kringen zitten en hoe ze zijn kortgesloten bepaalt de naam. Opgerold in een blikje heet het helical. Als staven naast elkaar in één doos, om en om aan de andere kant kortgesloten, heet het interdigitaal; allemaal aan dezelfde kant met capaciteit aan de top heet het combline. Elke kring in een eigen kast, gekoppeld met lussen of kabeltjes: cavity filter.

De filtertypen

Type Q per kring Invoegverlies Vermogen Volume
LC / keramisch 50–150 1,5–3 dB watts zeer klein
SAW veelpolig, zie tekst 1,5–3 dB vaak +10 tot +20 dBm zeer klein
Helical 200–600 1–2 dB watts blikje
Interdigitaal / combline 800–2000 0,5–1,5 dB tientallen watts doos
Cavity filter 2000–5000 0,3–1 dB honderden watts groot en zwaar

De getallen zijn indicatief en geven de ordegrootte en de onderlinge verhouding weer; de werkelijke waarden staan in het datasheet van een specifiek onderdeel.

LC en keramisch. Spoelen en condensatoren, of een keramisch blokje met hetzelfde effect. Goedkoop, klein, ruim voldoende vermogen. De flanken zijn slap: op 70 MHz afstand haal je vaak niet meer dan 15 tot 25 dB. Genoeg tegen de banden boven 1,5 GHz, matig tegen de 900-band.

SAW. Een akoestische golf over een piëzo-kristal. De steilheid komt niet van hoge Q per kring maar van veel polen tegelijk, dus de kolom Q is er niet van toepassing. Steilste flanken in de kleinste behuizing, en daarmee de beste keuze tegen de 900-band. Twee aandachtspunten: het vermogen is vaak beperkt tot rond +10 à +20 dBm, en de demping ver boven de doorlaatband is niet altijd gespecificeerd. Controleer de karakteristiek tot voorbij de hoogste band in je omgeving.

Helical. Een spoel in een afgeschermd blikje — feitelijk een opgerolde kwartgolfresonator. Aanzienlijk hogere Q dan LC, ruim vermogen, goed zelfbouwbaar en met een NanoVNA af te regelen. De praktische middenweg.

Interdigitaal en combline. Meerdere kwartgolfstaven in één rechthoekige doos. Bij interdigitaal zijn de staven om en om aan de andere kant kortgesloten, bij combline allemaal aan dezelfde kant met capacitieve topbelasting. Hoge Q, laag invoegverlies, en de meest bevredigende zelfbouwvorm op 868 MHz.

Cavity filter. Eén kwartgolfresonator per metalen kast, gekoppeld met lussen of korte kabels. De hoogste Q en het laagste verlies, en daarom de standaard in repeaterduplexers waar 40 dB onderdrukking op 600 kHz afstand nodig is. Voor een node naast een mast is dat overkill: je dichtstbijzijnde stoorbron staat 54 MHz weg, niet 600 kHz. Dat vraagt volume en gewicht voor een eigenschap die je niet gebruikt.

Doorlaat of sper

Een banddoorlaatfilter laat je eigen band door en dempt al het overige. Dit is bijna altijd de juiste keuze, omdat het tegen alle stoorbronnen tegelijk werkt — ook tegen bronnen die je nog niet kent.

Een bandsperfilter of notch doet het omgekeerde: het dempt één smalle band en laat de rest ongemoeid. Dat is alleen zinnig als er precies één dominante stoorder is, die dicht bij je eigen frequentie ligt en die je kent. Naast een multibandmast is dat vrijwel nooit het geval.

Een laagdoorlaatfilter kan als aanvulling zinnig zijn: in cascade achter een resonatorfilter snijdt het alles boven ongeveer 1 GHz weg, inclusief de spurious doorlaat die hierna aan bod komt.

Twee valkuilen

De spurious doorlaat. Een kwartgolfresonator resoneert niet alleen op zijn ontwerpfrequentie maar ook op drie, vijf en zeven keer die frequentie. Voor 869,618 MHz is dat 2608,9 MHz — en op dit opstelpunt staat 51 MHz daarvandaan een 2600-zender. Een zuiver kwartgolf-ontwerp zou die band dus grotendeels doorlaten en daarmee een deel van zijn eigen nut ondergraven. Capacitieve topbelasting, zoals bij combline, schuift die tweede resonantie naar boven; een laagdoorlaat in cascade lost het ook op. Een SAW-filter kent dit verschijnsel niet, maar heeft weer zijn eigen zwakke plekken hoog in het spectrum. Er is geen type zonder aandachtspunt — er is alleen het aandachtspunt dat je hebt nagekeken.

Temperatuurdrift. Een resonator van aluminium zet ongeveer 23 ppm per kelvin uit. Van −10 tot +50 °C is dat zestig kelvin, dus circa 1400 ppm, oftewel een verschuiving in de orde van 1,2 MHz op 869 MHz. Ontwerp een buitenfilter daarom niet smaller dan de hele SRD-band van ruwweg 7 MHz. Dan is de drift irrelevant en is het afregelen ook een stuk vergevingsgezinder.

Waar het filter komt

Het filter hoort zo dicht mogelijk bij de antenne, vóór het eerste actieve onderdeel. Dan zijn er twee routes.

Twee manieren om een filter in het antennepad te plaatsen: in het gedeelde zend- en ontvangstpad, of met een extra schakelaar alleen in het ontvangstpad

In het gedeelde pad passeert ook het zendvermogen het filter. Met een extra schakelaar blijft het zendpad ongefilterd en op vol vermogen.

In het gedeelde pad. De eenvoudigste opstelling: één filter tussen antenne en node. Zenden en ontvangen gaan er allebei doorheen. Het invoegverlies telt twee keer mee en je moet het zendvermogen onder de vermogensgrens van het filter houden.

Alleen in het ontvangstpad. De SX1262 stuurt zijn zend-ontvangst- schakelaar aan via DIO2 — zie Antenne. Met een extra externe schakelaar splits je de paden en zet je het filter alleen in de RX-tak. Het zendpad houdt vol vermogen en ziet alleen het verlies van de schakelaar. De keerzijde is een extra onderdeel, een aansturing, en het feit dat je in de print moet.

Wanneer een filter loont

Een filter verbetert niet alles tegelijk. Het maakt de ontvangstkant beter en de zendkant slechter, en of dat per saldo wint hangt af van hoeveel desense je werkelijk hebt. Met een invoegverlies van 2 dB en een filter dat begrenzing tot 20 dBm afdwingt, wordt de som:

  • zendverlies: 2 dB begrenzing plus 2 dB invoegverlies is 4 dB, altijd
  • ontvangstwinst: de desense min 2 dB invoegverlies
Desense Ontvangstwinst Zendverlies Netto
4 dB 2 dB 4 dB verlies
6 dB 4 dB 4 dB gelijk
10 dB 8 dB 4 dB winst
20 dB 18 dB 4 dB winst
27 dB 25 dB 4 dB winst

Onder ongeveer 6 dB desense verslechtert een filter je situatie. Daarboven wint het, en vanaf een dB of tien is de uitkomst niet meer twijfelachtig.

Er zit één asymmetrie in die de tabel niet laat zien en die in het voordeel van het filter werkt. Een link is zo goed als zijn slechtste richting. Staat alleen jouw node in het sterke veld, dan is jouw ontvangst de knellende richting en de zendkant niet. Winst boeken op de knellende richting weegt dan zwaarder dan evenveel verlies op de andere.

Meten

Zonder nulmeting weet je achteraf niet wat een ingreep heeft opgeleverd.

Lees de ruisvloer af voordat je iets verandert. Thermische ruis over 62,5 kHz is −126,0 dBm; met het ruisgetal van de ontvangketen erbij verwacht je een vloer rond −120 dBm. Zie Linkbudget.

Vergelijk met een tweede node op een rustige plek, liefst met dezelfde hardware. Dat is de enige echte referentie die je hebt.

Wissel de nodes van plek als het verschil groot is. Volgt de hoge vloer de locatie, dan is het de omgeving. Volgt hij de kast, dan is het de hardware en levert een filter je niets op.

Sluit een dummy load aan in plaats van de antenne. Zakt de vloer dan fors, dan komt de energie via de antenne binnen. Blijft hij hoog, dan straalt het in via kast, voedingskabel of USB.

Log een etmaal. Blokkering door de altijd aanwezige draaggolven van een basisstation ligt vrijwel vlak. Intermodulatie beweegt mee met het mobiele verkeer en zwabbert tussen nacht en avondspits. Dat onderscheid bepaalt of een filter gaat helpen.

[!WARNING] De firmware kapt af op −120 dBm. MeshCore middelt 64 monsters en klemt de uitkomst op een ondergrens van −120 dBm; lager rapporteert hij niet, ook niet als de omgeving stiller is. Zie De LoRa-transceiver. Voor een node met een vloer van −90 dBm is de maximaal aantoonbare verbetering dus 30 dB. Wie al rond −118 zit, kan met deze meting geen verbetering meer aantonen — en heeft er ook geen nodig.

Praktijkgeval

Twee repeaters in Zwolle, dezelfde firmware en dezelfde instellingen. De ene staat direct onder het opstelpunt dat hierboven in de tabel staat, met een 6 dBi collineair, en rapporteert een ruisvloer van −90 dBm. De andere staat 30 meter lager, met een 3 dBi antenne, en rapporteert −117 dBm.

Verschil: 27 dB. Daarvan is hooguit 3 dB toe te schrijven aan het verschil in antennewinst, en dan alleen voor stoorbronnen in de 868-band; buiten die band zegt de winstopgave van een 868-antenne niets. Het overige is omgeving.

Wat dat betekent voor de hoge node: alles wat zwakker binnenkomt dan ongeveer 27 dB boven zijn normale drempel gaat verloren. Vertaald naar afstand, met een propagatie-exponent tussen 2 en 3,5, hoort hij op ruwweg een zesde tot een twintigste van de afstand die hij zou moeten halen.

Er zit een tweede aanwijzing in dezelfde opstelling die makkelijk over het hoofd wordt gezien: de BLE-verbinding van de hoge node werkt alleen als de telefoon er vlak tegenaan gehouden wordt. Dat is een andere radio, een andere band en een ander antennepad, met hetzelfde symptoom. Twee onafhankelijke ontvangers met dezelfde klacht wijzen naar de omgeving, niet naar een defect. Een 868-filter lost dat tweede symptoom overigens niet op — zie hieronder.

Wat een filter niet oplost

Signalen in je eigen band. Passieve intermodulatie die op 869 MHz ontstaat zit al in de doorlaatband voordat het filter eraan te pas komt. Blijft de vloer na inbouw hoog én blijft hij het verkeerspatroon volgen, dan is dit de oorzaak en helpt alleen geometrie: verder weg, lager, of een opstelling die niet op dezelfde staalconstructie zit.

Andere banden. Een 868-filter zit in het LoRa-pad. BLE en WiFi hebben hun eigen antenne, meestal op de print, en profiteren er niet van. Zie BLE Architectuur.

Instraling buiten het antennepad. Velden die via de voedingskabel, de USB-kabel of de behuizing binnenkomen, gaan om het filter heen. Ferrieten en een mantelstroomsmoorspoel horen bij dezelfde ingreep.

Een slechte opstelling. Een filter levert je in het gunstigste geval twintig, dertig dB op. Dertig meter lager gaan leverde in het geval hierboven zevenentwintig dB op, zonder invoegverlies en zonder begrenzing van het zendvermogen. Filteren is de oplossing als je niet kunt verplaatsen, niet het alternatief voor nadenken over de plek.

Bronnen

Firmware, commit 03b6ef4 (v1.16.0, 28 juli 2026):

In deze repository:

Buiten de firmware:

  1. ETSI EN 300 220-1 V3.1.1 — ontvangercategorieën en de beschrijving van blokkering
  2. ETSI EN 300 220-2 V3.1.1 — blokkeringsgrenzen, en de toelichting waarom intermodulatie bewust niet genormeerd is
  3. Analog Devices — Passive Intermodulation Effects in Base Stations — het roestige-boutverschijnsel en ontvangerverstoring door PIM
  4. Antenneregister — de vermogens, hoogten en straalrichtingen van het opstelpunt
  5. ETSI TR 102 649-2 — subbandoverzicht 868–870 MHz
  6. Semtech SX1262 — het zendvermogen van de chip

Niet uit een bron: de schuine afstand van 40 m, de patroononderdrukking van 25 dB, de blokbreedtes rond de geregistreerde middenfrequenties, en de indicatieve Q-waarden en invoegverliezen per filtertype. Alle vier staan als zodanig in de tekst en in het script.

Verwante hoofdstukken: