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RFID

Über diesen Artikel

Lesezeit

4 Minuten

Veröffentlichung

28.04.2021

Letztes Update

29.07.2021

RFID – die drahtlose Übertragungstechnik einfach erklärt

Inhalt des Wiki-Artikels

RFID – Technik für die drahtlose Übertragung von Daten

RFID ist die Abkürzung für Radio Frequency Identification, auf Deutsch Radiofrequenz-Identifikation. Frei übersetzt hat RFID die Bedeutung Funkerkennung. Laut Definition ist mittels RFID der kontaktlose Datenaustausch zwischen einem Transponder und einem Schreib-/Lesegerät möglich. Vor allem bei Anwendungen des Internet of Things (IoT) und der Industrie 4.0 spielt RFID eine entscheidende Rolle. Die Datenübertragung erfolgt über ein magnetisches oder ein elektromagnetisches Feld, das vom RFID-Schreib-/Lesegerät aufgebaut wird. RFID-Systeme funktionieren mit induktiver oder kapazitiver Kopplung. Ist der RFID-Transponder ein passives Gerät, das über das elektromagnetische Feld des Schreib-/Lesegeräts mit Energie versorgt wird, ist ein Datenaustausch nur möglich, wenn sich der Transponder in diesem Feld befindet. Der RFID-Transponder verfügt über einen Chip, aus dem Daten ausgelesen und auf dem neue Daten hinterlegt werden können.1

Reichweite von RFID-Systemen

Im Vergleich zu anderen genutzten Systemen wie dem Barcode hat die RFID-Technologie eine recht hohe Reichweite. Produkte, die mit einem RFID-Transponder ausgestattet sind, können aus größerer Entfernung erkannt und identifiziert werden, sie müssen nicht erst zu einem Lesegerät gebracht werden. Um eine möglichst hohe Reichweite zu erreichen, werden die Magnetfelder von RFID-Systemen verstärkt. Dadurch steigen die Komplexität und somit auch die Kosten für die RFID-Technologie, denn das verstärkte Magnetfeld kann die Kommunikation zwischen Schreib-/Lesegerät und Transponder beeinträchtigen. Dies muss dann durch ausgefeiltere RFID-Systeme behoben werden, die kostenintensiver sind. Mit der Reichweite erhöht sich zudem die Anzahl möglicher Störungsquellen, zum Beispiel verfälschen Wasser und Metall die Kommunikation. Abhängig ist die Reichweite auch vom genutzten Frequenzband. Im Prinzip können mit RFID Reichweiten von bis zu einem Kilometer erreicht werden, in der Praxis kommen RFID-Systeme mit einer Reichweite von bis zu zehn Metern zum Einsatz. Anhand ihrer Reichweite werden RFID-Systeme in drei Kategorien unterteilt:

  • Close Coupling
  • Remote Coupling
  • Longe Range Coupling

Beim Close Coupling wird eine Reichweite von bis zu einem Zentimeter erreicht. Eine Datenübertragung ist nur möglich, wenn der Transponder in das Lesegerät gesteckt wird oder seine Position genau definiert ist. Die Übertragungsfrequenz liegt in einem Bereich von einem Hertz bis 30 Megahertz. Durch die enge Kopplung steht dem Transponder viel Energie zur Verfügung. Die Daten werden mittels induktiver oder kapazitiver Kopplung übertragen. Clouse Coupling wird in Bereichen angewendet, in denen höchste Sicherheit Priorität hat.

Remote Coupling ermöglicht Reichweiten von bis zu einem Meter. Die Daten werden beim Remote Coupling immer per induktiver Kopplung übertragen. Die Übertragungsfrequenzen liegen zwischen 100 Kilohertz und 125 Megahertz. Beim Remote Coupling und beim Close Coupling ist der Transponder passiv, das heißt, die Energieversorgung erfolgt über das Magnetfeld des Schreib- und Lesegeräts.

Mit Long Range Coupling werden Reichweiten zwischen einem und zehn Metern erreicht. Für die Datenübertragung wird das Backscatterverfahren genutzt, gesendet wird im Mikrowellenbereich. Aufgrund der hohen Reichweite reicht die Energieübertragung lediglich für ein Wake-up- oder Sleep-Signal aus. Beim Long Range Coupling ist eine Batterie für den Transponder erforderlich, die dessen Chip mit Energie versorgt, es handelt sich also in diesem Fall um ein aktives Gerät.2

Erklärung zum Aufbau der RFID-Technik

Mittels RFID werden sensorgenerierte Messwerte drahtlos übertragen. Ein RFID-System umfasst mindestens einen Transponder und ein Schreib-/Lesegerät. Transponder ist ein Kofferwort aus den englischen Begriffen Transmitter (Sender) und respond (antworten). Mit der RFID-Technik werden Daten berührungslos und ohne Sichtkontakt gelesen und gespeichert. Abhängig von der Reichweite kommen verschiedene Verfahren zur Datenübertragung in Frage. Allen Verfahren gemeinsam ist, dass sie auf dem Resonanz- oder Reflexionsprinzip basieren. RFID-Systeme arbeiten mit einer induktiven oder kapazitiven Kopplung. Ob eine Antennenspule oder eine Dipolantenne als Koppelelement genutzt wird, richtet sich nach der RFID-Frequenz.

RFID-Transponder lassen sich in drei Gruppen unterteilen. Passive RFID-Transponder werden über das Magnetfeld des Schreib-/Lesegeräts mit Energie versorgt. Über das gleiche Magnetfeld werden Daten bidirektional übertragen. Aktive RFID-Transponder besitzen eine eigene Energiequelle, diese ist bei RFID-Systemen mit einer Reichweite über mehrere Meter zumeist erforderlich. Außerdem gibt es semipassive RFID-Transponder, die ihre Betriebsenergie über das Magnetfeld beziehen. Zur Erzeugung eines HF-Signals wird allerdings eine weitere Energiequelle benötigt, die in den Transponder integriert ist.

Im Folgenden wird ein RFID-System mit induktiver Kopplung und passivem Transponder beschrieben. Das System setzt sich aus einem RFID-Schreib-/Lesegerät mit der Antennenspule L1 und einem RFID-Transponder mit der Antennenspule L2 zusammen. Das Schreib-/Lesegerät besteht zumindest aus einem HF-Modul sowie der außerhalb des Gehäuses sitzendenden Antennenspule L1. Ein einfacher Transponder beinhaltet einen Mikrochip und ein elektrisches Eingangsnetzwerk. Die Antennenspule L2 ist entweder am Gehäuseäußeren angebracht oder in den Mikrochip eingebaut. Das Schreib-/Lesegerät dient als Sende- und Empfangsbereich im Nahfeldbereich. Die Nahfeldkommunikation ist ein Übertragungsstandard der RFID-Technik, sie wird mit NFC abgekürzt, abgeleitet vom englischen Begriff Near Field Communication. Wenn das Schreib-/Lesegerät ein Anrufsignal erzeugt, wird dieses in seine Antennenspule eingespeist. Durch das Signal baut sich um die Spule ein magnetisches Wechselfeld auf. Ein Teil des Magnetfelds durchströmt die Antennenspule L2, die dadurch ein elektrisches Feld erzeugt. Seine Betriebsenergie bezieht der RFID-Transponder aus dem Magnetfeld des Schreib-/Lesegeräts. Mit dieser wird ein elektrischer Energiespeicher geladen und der Mikrochip aktiviert. Der Mikrochip decodiert das Signal und generiert mit dem im Transponder gespeicherten Daten ein codiertes magnetisches Wechselfeld – das Antwortsignal.3

Vorteile von RFID

Dank der RFID-Technik ist kein direkter Kontakt zwischen Sender und Empfänger notwendig, was einige Vorteile mit sich bringt. Die Datenerfassung erfolgt in Echtzeit, dabei ist eine Pulkerfassung möglich, also die gleichzeitige Erkennung von mehreren RFID-Transpondern. Während ein Barcode manuell eingescannt werden muss, kann mittels RFID eine komplette Produktpalette auf einmal und berührungslos erfasst werden. Prozesse werden auf diese Weise beschleunigt. RFID-Transponder sind unempfindlich gegenüber Schmutz und Beschädigungen, sie können auch in einer Umgebung eingesetzt werden, in der mit Verschmutzungen zu rechnen ist, zum Beispiel zur Identifikation von Fahrzeugkarosserien in der Lackierung. Produkte können eindeutig zugeordnet werden, denn jeder Mikrochip ist mit einer weltweit einmaligen Seriennummer versehen. Darüber hinaus gewährleistet RFID ein flexibles Datenmanagement: Informationen auf einem RFID-Datenträger können geändert, gelöscht oder ergänzt werden. Wichtige Informationen wie beispielsweise Wartungsdaten sind direkt am Produkt abrufbar. RFID wird auch bei Ladestationen für Elektrofahrzeuge eingesetzt. Ist ein Ladepunkt mit einem entsprechenden Lesegerät ausgestattet, kann der Nutzer über eine RFID-Karte identifiziert und der Betrag fürs Aufladen des Akkus abgerechnet werden. Darüber hinaus kann RFID genutzt werden, um die private Wallbox vor Fremdzugriffen zu schützen.4

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