Optimisation de vos communications IoT grâce aux filtres radiofréquence (RF)

Lors de la mise en place d’un projet de déploiement IoT, la fiabilité de la communication radio est un facteur clé. Chaque donnée transmise doit voyager sans interférence afin de garantir la qualité de service.

Cependant, ces dernières années, le nombre d’appareils connectés a explosé, et les fréquences radio dédiées à l’IoT (entre 865 MHz et 870 MHz en EMEA) sont devenues de plus en plus saturées de messages. Entre les signaux Wi-Fi, Bluetooth, RFID, cellulaires (3G, 4G, 5G) et LoRaWAN, les interférences sont omniprésentes.

Pour assurer une communication stable et efficace, les équipements IoT doivent être capables de filtrer efficacement les signaux utiles et de rejeter ceux qui compromettent la réception. C’est là qu’interviennent les filtres radiofréquence (RF) — des composants peu connus mais essentiels à la réussite d’un déploiement IoT.

Deux types de technologies de filtres RF se distinguent et seront au cœur de notre discussion aujourd’hui : les filtres SAW et les filtres cavités.

Le rôle essentiel des filtres

Comme mentionné précédemment, un filtre radiofréquence (RF) ne laisse passer que les fréquences souhaitées et bloque toutes les autres qui ne doivent pas parvenir au récepteur. Sans filtrage efficace, votre message serait noyé dans un brouillard de bruit, entraînant une perte de données, une réduction de la portée ou des communications instables.

Ces problèmes sont particulièrement critiques dans l’IoT, où les dispositifs de communication fonctionnent avec de faibles niveaux de puissance (comme dans les réseaux LoRaWAN, qui utilisent des bandes de fréquences libres).

Un filtre garantit donc :

Une meilleure capacité à isoler une bande de fréquence spécifique,
Une faible perte d’insertion, afin que le signal conserve sa puissance,
Une robustesse face aux interférences, essentielle dans les environnements urbains ou industriels

(Notamment lorsque plusieurs équipements sont co-localisés).

Les filtres SAW

Les filtres SAW (Surface Acoustic Wave) comptent parmi les plus utilisés dans le monde des objets connectés.

Filtre SAW (2 x 2 x 2 mm)

Leur fonctionnement repose sur le principe suivant : les filtres SAW utilisent un matériau particulier appelé piézoélectrique, capable de transformer un signal électrique en une petite onde qui se propage à la surface du composant. Cette onde est ensuite reconvertie en signal électrique mais uniquement dans la plage de fréquences souhaitée.

Les filtres SAW présentent plusieurs avantages.

Tout d’abord, ce sont des composants petits et compacts. Ils sont également peu coûteux à produire. De plus, ils offrent une bonne stabilité aux basses et moyennes fréquences, garantissant une communication fiable. Leurs faibles pertes d’insertion en font aussi un choix idéal.

Cependant, les filtres SAW sont moins performants à des fréquences très élevées et peuvent être sensibles aux variations de température. Les filtres BAW (Bulk Acoustic Wave) sont désormais couramment utilisés pour les fréquences supérieures à 2 GHz. Les filtres SAW sont également moins efficaces dans les scénarios de co-localisation en raison de pentes de coupure limitées.

En réalité, chaque gateway Kerlink contient trois filtres SAW : deux pour la réception — afin d’offrir une forte atténuation des interférences — et un pour la transmission — pour réduire les émissions parasites hors bande.

Les filtres à cavité

Les filtres à cavité fonctionnent selon un principe totalement différent.

Ici, le signal électromagnétique traverse une ou plusieurs cavités métalliques qui ne résonnent qu’à la fréquence souhaitée. Cette résonance agit comme un filtre sélectif naturel, éliminant efficacement les fréquences indésirables.

Les filtres à cavité offrent plusieurs avantages clés :

Une excellente sélectivité, permettant d’isoler le signal utile même lorsqu’il est entouré de nombreux autres signaux,
Une faible perte de signal, garantissant une transmission forte et stable après filtrage,
Une grande robustesse, car ils résistent aux températures élevées, aux variations climatiques et aux vibrations,
Une forte capacité de personnalisation, puisqu’ils peuvent être conçus pour fonctionner sur des bandes de fréquences spécifiques selon les besoins du réseau.

Filtre à cavité

Chez Kerlink, nous recommandons fortement l’utilisation de filtres à cavité pour les déploiements principalement en Asie et dans les Amériques, où les bandes de fréquences LoRa sont très proches des bandes cellulaires descendantes. Dans notre Wirnet 64 Highway, un filtre à cavité est déjà intégré.

Pour les autres régions, l’utilisation d’un filtre à cavité dépend principalement de l’environnement dans lequel les gateways sont installées. Nous fournissons toujours des filtres à cavité sur mesure afin d’offrir à nos clients les meilleures performances possibles sur le terrain. Il est tout à fait possible d’acquérir une Wirnet iStation ou une Wirnet iBTS et d’y ajouter notre filtre à cavité en complément.

Cependant, les filtres à cavité ne résolvent pas tous les problèmes possibles !

Les émissions parasites hors bande générées par des émetteurs haute puissance et/ou des stations de base LTE avec une couverture large ou moyenne peuvent toujours entraîner une désensibilisation des gateways LoRaWAN si les distances minimales de séparation spatiale verticale et horizontale ne sont pas respectées.

Pour conclure

Les filtres radiofréquence jouent un rôle essentiel dans la qualité et la fiabilité des communications IoT. Grâce à eux, l’intégrité des signaux est préservée, les interférences sont réduites et les échanges de données entre appareils connectés restent fiables.

Cependant, il est important de rappeler qu’un filtre à cavité, même très performant, n’est pas une garantie absolue.

De faibles fréquences résiduelles issues d’émetteurs proches peuvent persister, surtout lorsque plusieurs dispositifs sont installés dans un espace restreint. C’est pourquoi la qualité de l’installation est tout aussi importante que le choix du matériel. Pour éviter les interférences, il est recommandé de maintenir des distances minimales verticales et horizontales entre les antennes et les émetteurs.

Nous fournissons toujours à nos clients les meilleures orientations et recommandations pour chaque projet IoT afin de les aider à réussir leur déploiement réseau. Nous leur rappelons également qu’une installation de mauvaise qualité peut rapidement dégrader les performances du réseau et entraîner des coûts supplémentaires importants si des ajustements doivent être effectués par la suite.