HF-Filter ermöglichen gleichzeitig den Betrieb von Starlink und 5G-Netzen

Die moderne drahtlose Welt entsteht gleichzeitig in zwei Richtungen. Auf der Erde steigern 5G-Netze ihre Kapazität durch breitere Kanalbandbreiten, dichtere Basisstationen-Verteilung, massives MIMO und höhere Frequenzspektren. Über der Erde erweitern Satellitenkonstellationen mit niedrigem Erdorbit (LEO) wie Starlink die Breitbandverbindung über große Entfernungen und in schwer zugängliche Regionen.

Die Architekturen unterscheiden sich, doch beide beruhen auf demselben grundlegenden HF-Engineering-Prinzip: das gewünschte Signal effizient zu senden und gleichzeitig sämtliche Störsignale, die es beeinträchtigen könnten, zu unterdrücken.

Deshalb bleiben HF-Filter nach wie vor grundlegend für sowohl satellitengestützte als auch terrestrische drahtlose Systeme. Sie erzeugen keine Bandbreite, bestimmen aber, wie effektiv ein Funkgerät die ihm zur Verfügung stehende Bandbreite nutzen kann. Ein ordnungsgemäß ausgelegter Filter begrenzt außerhalb des gewünschten Frequenzbereichs liegende Energie, unterdrückt Oberwellen und unerwünschte Antworten, schützt empfindliche Empfängerstufen vor starken benachbarten Signalen und trägt dazu bei, dass verschiedene Sende- und Empfangspfade innerhalb eines zunehmend kompakter werdenden HF-Frontends nebeneinander existieren können.

Warum Starlink und 5G beide eine bessere Frequenzselektivität benötigen

Starlink ist ein anschauliches Beispiel dafür, wie Breitband-Satellitenkommunikation auf höhere Kapazität und komplexere Spektrumnutzung zusteuert. Im Januar 2026 erteilte die US-amerikanische Federal Communications Commission (FCC) SpaceX die Genehmigung, zusätzliche Satelliten der zweiten Generation von Starlink zu betreiben, und erklärte, dass das System im Ku-, Ka-, V-, E- und W-Band arbeiten darf.

Dies bedeutet nicht, dass eine einzige Filtertechnologie sämtliche Starlink-Frequenzbänder abdeckt. Vielmehr verdeutlicht es die Breite der Herausforderungen im Bereich Frequenzmanagement, wie sie in Satellitennetzwerken der nächsten Generation auftreten. Der Einfachheit halber bezieht sich die hier geführte Diskussion auf die Anwendbarkeit im Bereich HF-Technik und behauptet nicht, dass RSWave Komponenten direkt an SpaceX oder Starlink liefert.

Eine Satellitenkommunikationsverbindung kann mehrere Filterstufen enthalten. Filter können vor rauscharmen Verstärkern positioniert werden, um unerwünschte HF-Energie zu reduzieren, nach Leistungsverstärkerstufen, um Harmonische und außerbändige Emissionen zu kontrollieren, sowie innerhalb von Frequenzumwandlungsketten, um gewünschte Zwischenfrequenz- oder Mikrowellenbänder zu isolieren.

Bei Gateway-Geräten und satellitengestützten Endgeräte-HF-Hardware ist eine geringe Einfügedämpfung besonders wichtig, da jeder Bruchteil eines Dezibels wertvolles Link-Budget verbraucht. Eine starke Außerbandunterdrückung ist ebenso wichtig, da leistungsstarke unerwünschte Signale einen Empfänger auch dann abstimmungsunempfindlich machen können, wenn diese Signale außerhalb des gewünschten Kanals liegen.

5G steht vor einem verwandten Problem in einem völlig anderen Betriebsumfeld. Die 3GPP-Spezifikationen umfassen NR-Betrieb bis 7,125 GHz sowie FR2-Bänder wie n258 im Bereich 24,25–27,5 GHz und n257 im Bereich 26,5–29,5 GHz. Basisstationen, Repeater, Funkeinheiten und verteilte drahtlose Geräte müssen daher in einem zunehmend überlasteten Spektrum arbeiten, während sie gleichzeitig Anforderungen an Emissionen, Empfängerleistung und Koexistenz erfüllen.

Daraus ergibt sich eine stetige Nachfrage nach HF-Komponenten, die geringe Verluste, geeignete Leistungsbelastbarkeit, steile Unterdrückung, stabile Frequenzantwort und kompakte Abmessungen kombinieren.

Verschiedene Filtertechnologien für verschiedene Teile der HF-Kette

Keine einzige Filterstruktur ist für jede Frequenz, jede Bandbreite, jedes Leistungsniveau, jede Anforderung an die Unterdrückung und jede mechanische Bauform optimal. Der praktische Vorteil eines umfassenden HF-Komponentenportfolios besteht darin, die Struktur auswählen zu können, die am besten zum jeweiligen System passt.

Jiaxing Ruishang Electronic Technology Co., Ltd. (RSWave) beschäftigt sich seit 2015 mit der Forschung und Entwicklung, der Produktion und dem Vertrieb von Mikrowellen-Keramikkomponenten. Dazu gehören Mikrowellen-Dielektrikum-Keramikfilter, Keramik-Duplexer, HF-LC-Filter, Hohlraumfilter, Keramikantennen und GNSS-Antennen. Das Unternehmen gibt an, dass sein umfangreiches Produktportfolio Frequenzen von DC bis 30 GHz abdeckt und Anpassungen nach kundenspezifischen Anforderungen möglich sind.

Für kompakte 5G- und drahtlose Frontends sind mikrowellen-dielektrische Keramikfilter besonders relevant. RSWave gibt für diese Produktfamilie einen Frequenzbereich von 400 MHz bis 7 GHz an. Hochpermeable Keramikmaterialien ermöglichen physisch kleinere Resonatoren, während verlustarme und temperaturstabile Materialien dazu beitragen können, vorhersagbare HF-Eigenschaften zu bewahren. Zu den Anwendungen dieser Filter zählen laut RSWave 5G/5G-A-Basisstationen, Satellitenkommunikation, Radar, T/R-Module, WLAN-Geräte und Repeater.

Diese Kombination ist attraktiv für HF-Geräte, bei denen die Leiterplattenfläche begrenzt ist, die Frequenzselektivität jedoch nicht beeinträchtigt werden darf.

RSWave bietet außerdem mikrowellendielektrische Duplexer im Frequenzbereich von 400 MHz bis 6 GHz an. Ein Duplexer kombiniert frequenzselektive Sende- und Empfangspfade, sodass verschiedene Signalpfade eine Antenne gemeinsam nutzen können, während die erforderliche Isolation gewahrt bleibt. Für Netzwerkhardware mit strengen Größenbeschränkungen kann die Integration von Filter- und Signalwege-Funktionen die gesamte HF-Front-End-Architektur vereinfachen.

Von 5G FR1 bis zu Mikrowellen-Satellitenverbindungen

Für umfassendere Frequenzabdeckung, höhere Leistungsstufen oder anspruchsvollere Sperrband-Anforderungen bieten LC-Filter und Hohlraumfilter einen weiteren technischen Ansatz.

Die RF-LC-Filter- und Hohlraumfilter-Produktfamilie von RSWave ist für den Bereich von Gleichstrom bis 30 GHz spezifiziert und kann als Tiefpass-, Hochpass-, Bandpass- oder Bandsperren-Konfiguration ausgelegt werden. Auf der Produktseite des Unternehmens veröffentlichte Beispiele weisen Mittenfrequenzen bei etwa 2,6 GHz, 3,5 GHz, 3,8 GHz und 4,5 GHz auf; andere Frequenzen können gemäß den Systemanforderungen kundenspezifisch angepasst werden.

Diese Frequenzbereiche sind besonders relevant für moderne drahtlose Infrastruktur. Gleichzeitig eröffnet ein Portfolio, das bis in Mikrowellenfrequenzen reicht, Chancen für ausgewählte Anwendungen im Bereich Satellitenkommunikation, Mikrowellenverbindungen, Radar und hochfrequente HF-Systeme.

Hohlraumfilter sind besonders nützlich, wenn geringer Einfügungsdämpfung, hoher Gütefaktor (Q), starker Außerbandunterdrückung und HF-Leistungsfähigkeit Priorität vor einer minimalen physischen Größe eingeräumt wird. Sorgfältig konstruierte Resonanzhohlräume können die erforderliche Selektivität in Basisstationen, satellitengestützter Bodenausrüstung, Mikrowellenkommunikationsverbindungen und anderen leistungsorientierten HF-Systemen bereitstellen. RSWave identifiziert insbesondere Mobilfunk-Basisstationen und Satellitenkommunikation als Einsatzgebiete seiner Hohlraumfilter-Technologie.

Wo die Anforderungen von LEO-Satelliten- und 5G-Systemen zusammenlaufen

Obwohl ein Starlink-Gateway und eine 5G-Funk-Einheit keine identischen HF-Ketten verwenden, stehen Ingenieure, die an beiden Systemtypen arbeiten, vor mehreren gemeinsamen Konstruktionsanforderungen.

Die erste ist die Störungsunterdrückung. Ein Empfänger muss den gewünschten Kanal akzeptieren können, ohne durch benachbarte Sender, Oberwellen oder intern erzeugte unerwünschte Signale überlastet zu werden. Eine ausreichende Filterdämpfung verringert die Belastung von Mischerstufen, Verstärkern und Analog-Digital-Wandlern weiter stromabwärts.

Die zweite ist der Einfügedämpfung. Bei einem Empfänger kann ein zu hoher Dämpfungswert vor dem rauscharmen Verstärker (LNA) die Systemrauschleistung beeinträchtigen. Bei einem Sender wandelt unnötige Dämpfung wertvolle HF-Leistung in Wärme um. Bei sowohl Satelliten- als auch 5G-Infrastruktur trägt die Reduzierung vermeidbarer Dämpfung zur Erhaltung des Link-Margins und der Systemeffizienz bei.

Die dritte Priorität ist die thermische und umgebungsbedingte Stabilität. Außen installierte Funkgeräte können erheblichen Temperaturschwankungen ausgesetzt sein, während Satelliten-Erdstationen kontinuierlich in ungeschützten Umgebungen betrieben werden. Ein übermäßiger Frequenzdrift kann die Filterantwort von dem vorgesehenen Betriebskanal verschieben. Mikrowellen-Dielektrik-Keramik-Technologien werden daher attraktiv, wenn Ingenieure kompakte Abmessungen mit stabiler elektrischer Leistungsfähigkeit in Einklang bringen müssen.

Die vierte Priorität ist die Integration. Netzwerkgeräte werden weiterhin kleiner und funktional dichter. Keramikfilter und Duplexer können kompakte Baugruppen unterstützen, während Hohlraum-Designs weiterhin wichtig bleiben, wenn die elektrische Leistungsfähigkeit wichtiger ist als die Gehäusegröße.

Ein erfolgreicher HF-Entwurf beruht daher nicht darauf, den theoretisch ‚besten Filter‘ zu finden. Vielmehr geht es darum, Topologie, Werkstoff, Gehäuse, Schnittstelle, Bandbreite, Unterdrückung, Verlust und Toleranz an die gesamte HF-Signalkette anzupassen.

Wie RSWave in die Entwicklung von HF-Front-Ends passt

Für HF-Ingenieure und Komponentenkäufer sind Katalogspezifikationen lediglich der Ausgangspunkt.

Reale Projekte erfordern häufig eine bestimmte Mittenfrequenz, Bandbreite, Ziel-Einfügedämpfung, Sperrprofil, VSWR, Steckverbinderkonfiguration, Baugröße, Leistungsstufe oder Umgebungsanforderung. RSWave erklärt, dass seine LC-Filter, Hohlraumfilter, mikrowellenkeramischen Dielektrikum-Filter und Duplexer kundenspezifisch angepasst werden können – unterstützt durch Simulations- und Produktentwicklungskapazitäten.

Dies ist entscheidend, denn das nützlichste HF-Filter ist nicht einfach die Komponente mit der höchsten Überschrift-Sperrdämpfung.

Ein erfolgreiches Design muss das gesamte System berücksichtigen: gewünschte Signalbandbreite, benachbarte Störsignale, Sendeleistung, Empfängersensitivität, Impedanzanpassung, Leiterplatten- oder mechanische Einschränkungen, Betriebstemperatur sowie Wiederholbarkeit bei der Fertigung. Eine frühzeitige technische Kommunikation zwischen dem Entwickler des HF-Systems und dem Filterhersteller kann daher das Risiko von Nachkonstruktionen im späteren Projektverlauf reduzieren.

Für 5G-Geräte, die unterhalb von 7 GHz arbeiten, überschneidet sich das Mikrowellen-Dielektrikum-Keramikfilter-Sortiment von RSWave mit zahlreichen wichtigen Frequenzbereichen für Mobilfunknetze und private Netze. Das umfangreichere LC- und Hohlraumfilter-Sortiment reicht bis zu 30 GHz und umfasst damit auch den unteren Bereich von 5G FR2 sowie Mikrowellenspektren für Satellitenkommunikation und andere Hochfrequenzsysteme.

Diese Spektrumabdeckung macht das Sortiment für Ingenieure relevant, die terrestrische drahtlose Infrastruktur, Mikrowellenkommunikationsverbindungen sowie ausgewählte Satellit-Erd-RF-Subsysteme entwickeln.

Filterung ist ein leiser Enabler vernetzter Infrastruktur

Nutzer erleben Starlink und 5G anhand von Geschwindigkeit, Abdeckung und Latenz. HF-Ingenieure sehen ein weitaus komplizierteres Bild: Jede nutzbare drahtlose Verbindung entsteht durch das Zusammenspiel von Antennen, Verstärkern, Oszillatoren, Mischer, Konvertern, Duplexern und passiven Komponenten innerhalb einer streng kontrollierten spektralen Umgebung.

HF-Filter gehören zu den am wenigsten sichtbaren Komponenten in dieser Kette, doch ihre Rolle ist grundlegend.

Wenn 5G-Netze Kapazität hinzufügen und LEO-Satellitensysteme ihre Spektrumnutzung ausweiten, steigen die Anforderungen an präzise Frequenzauswahl, geringe Einfügedämpfung, hohe Isolation, Unterdrückung von Störungen sowie stabile Leistung – und zwar nicht etwa ab, sondern zunehmend.

Mit Mikrowellen-Dielektrikum-Keramikfiltern, Keramik-Duplexern, LC-Filtern und Hohlraumfiltern für Anwendungen von Sub-GHz-Frequenzen bis in den Mikrowellenbereich bietet RSWave mehrere technische Wege für Entwickler von HF-Frontends. Das zentrale Prinzip ist anwendungsspezifisches Engineering: Wählen Sie die geeignete Filterarchitektur aus und optimieren Sie sie dann gezielt hinsichtlich des tatsächlichen Betriebsfrequenzbandes, der Störumgebung, der Leistungsanforderung, der Gehäusegröße und der System-Schnittstelle.

Von terrestrischen 5G-Radioeinheiten bis zu Bodenverbindungen für LEO-Satelliten beginnt zuverlässige Konnektivität lange bevor das Signal die Antenne erreicht.

Sie beginnt mit der Kontrolle des Spektrums – und genau hier entfaltet hochentwickelte HF-Filtertechnologie ihren Mehrwert.