Die Technologie der RFID ermöglicht es, sehr kleine und billige Tags an Objekten anzubringen und mit diesen eine drahtlose Verbindung herzustellen. Es ist klar, dass diese Möglichkeiten in sehr vielen Situationen Anwendungen finden werden, wo Objekte in irgendeiner Form organisiert werden müssen. Dazu gehören auch Dinge wie digitale Autoschlüssel oder die Abrechnung von Maut buchstäblich im Vorbeifahren.
Eine kurze Definition von RFID
Die Abkürzung RFID steht für Radio Frequency IDentification und bedeutet also das Erkennen von Objekten über eine drahtlose Funkverbindung.
Solche Verbindungen werden schon seit der Erfindung der drahtlosen Nachrichtenübertragung genutzt. Das Besondere an RFID ist die Möglichkeit, auf einer Seite der Verbindung sowohl den Empfänger als auch den Sender ohne eigene Stromversorgung zu betreiben. Es ist genau dieser Punkt, der RFID für sehr viele Anwendungen so interessant macht.
Ein Schreib-Lesegerät baut ein elektrisches Feld auf, über das eben nicht nur wie üblich die Information übertragen wird. Das Feld erzeugt – oder induziert – im passiven Element einen elektrischen Strom, der für den Betrieb dieses sogenannten Transponders ausreicht. Dieser Transponder verfügt über einen analogen elektronischen Schaltkreis, der mit dem vom Lesegerät erzeugten elektrischen Feld in Wechselwirkung tritt und so Information nicht nur empfangen, sondern auch an das Gerät zurücksenden kann. Der Transponder besitzt auch einen digitalen Chip, der mindestens Speicher- und oft auch Steuerungsfunktionen erfüllt.
Die technische Ausgangslage für RFID
Wir betrachten die wesentlichen Parameter des Systems, aus denen sich die technischen Eigenschaften und Möglichkeiten ergeben.
- Eine der wichtigsten Kennzahlen für ein RFID-System ist die verwendete Frequenz. Diese wird vom Schreib-Lesegerät vorgegeben. Der Transponder reagiert auf das Signal und dazu kann auch eine Änderung der Frequenz zur Informationsübertragung gehören.
- Beschreibbarkeit. Zur Identifikation muss jeder Transponder eines RFID-Systems über einen Speicher für eine Identifikationsnummer verfügen. Des Weiteren gibt es Transponder, die von Ihnen als Anwender einmal beschrieben werden können, aber die einmal gespeicherte Information lässt sich später nicht mehr verändern. Dafür müssten Sie einen neuen Transponder einsetzen. Die umfassendsten Möglichkeiten bietet Ihnen ein RFID-Transponder, der mehrfach beschrieben werden kann.
- Speicherplatz. Dieser reicht von einem Bit bis zu mehreren Kilobytes. Es liegt nahe zu betonen, dass ein einziges Bit keineswegs eine unwichtige oder kleine Menge Information sein muss. Denken Sie an Anwendungen wie ein Bit, das Präsenz eines Objekts oder einer Person anzeigt. Ein Bit, das Steigen oder Fallen eines Börsenkurses korrekt im Voraus übermittelt, stellt Ihnen praktisch unbegrenzten Reichtum in Aussicht.
- Reichweite. Diese hängt davon ab, ob der RFID-Transponder eine eigene Stromversorgung besitzt und auch von der verwendeten Frequenz.
Funktionsweise eines RFID-Systems
Ein passiver Transponder für einen Tag eines RFID-Systems besteht aus einer Antenne, einem analogen und einem digitalen Chip. Eine eigene Stromversorgung ist hingegen nicht erforderlich.
Diese wird über ein elektrisches Feld drahtlos zur Verfügung gestellt. Die Antenne ist diesem von einem Lese-Schreibgerät erzeugten Feld ausgesetzt und so wird in der Antenne eine elektrische Spannung induziert. Das passiert in jeder Antenne für elektromagnetische Wellen, nur ist im Fall eines passiven RFID-Tags dieser Strom ausreichend, um nicht nur Information, sondern eben auch die Energie für den Betrieb des Tags zu übertragen.
Für die Übermittlung der Information gibt es zwei Möglichkeiten. RFID-Tags mit LF- oder HF-Technologie, also mit niedriger oder mit Hochfrequenz, verwenden die Methode der Änderung der Stromstärke. Mit dieser Änderung wird ein eigenes Signal erzeugt, das vom Lesegerät aufgenommen werden kann.
RFID-Tags mit UHF, also mit Ultrahochfrequenztechnologie, modulieren das Trägersignal durch eine Schwächung des elektrischen Feldes des Lesegeräts. Diese gesteuerte Schwächung erfolgt durch Änderungen der elektrischen Eigenschaften der Antenne.
Ein aktiver RFID-Transponder verfügt über eine eigene Batterie. Mit einer eigenen Stromversorgung kann ein solcher Tag über eine Reichweite von 100 Metern verfügen.
Technische Details zur RFID-Technologie
Je höher die Frequenz, umso mehr Energie kann das hochfrequente elektrische Feld übertragen und umso höher ist auch die Übertragungsrate an Information, also die Zahl der Bits pro Sekunde.
Das ist auch von anderen Anwendungen in der Nachrichtentechnik bekannt, wie zum Beispiel der Umstand, dass ein Videosignal eine viel höhere Frequenz erfordert als ein reines Audiosignal.
Mehr Energie wiederum bedeutet eine höhere Reichweite.
LF oder niedere Frequenz. Wie zu erwarten realisieren diese Tags die geringste Reichweite und Übertragungsrate. Sie haben den Vorteil besonderer Robustheit zum Beispiel in feuchter Umgebung. Manche können sogar in explosionsgefährdeter Umgebung sicher betrieben werden. Die Reichweite beträgt etwa einen halben Meter.
HF oder Hochfrequenz. Diese RFID-Tags nützen die Änderung des Verbrauchs von Energie aus dem elektrischen Feld zu seiner Änderung. Das Lesegerät kann diese Änderung messen und so Informationen erhalten. Mit HF ist eine kleine Antenne und damit ein besonders kleiner Tag realisierbar. Auch HF-Tags können eine Distanz von etwa einem halben Meter überbrücken.
UHF oder Ultrahochfrequenz. Solche Tags können in einer bestimmten Richtung kommunizieren, was besondere Anwendungen ermöglicht. Passive UHF-Tags erreichen eine Distanz von einigen Metern, mit eigener Batterie sind auch 100 Meter möglich.
Mechanische und chemische Eigenschaften. Diese lassen sich weitgehend beeinflussen, weil die Datenübertragung drahtlos funktioniert und somit eine Ummantelung der Tags kein Problem darstellt. Ein elektrisches Feld mit höheren Frequenzen wird aber von Metallen und auch von Wasser stark abgelenkt. Diese Effekte müssen für die Ausbreitung des Signals berücksichtigt werden.
Anwendungen von RFID
Ganz allgemein geht es um das Identifizieren und Lokalisieren von Objekten. Die relativ geringe Reichweite ist nicht immer ein Bug, sondern kann auch ein Feature sein. Sie ermöglicht einfachere technische Umsetzungen, wenn Sie etwa davon ausgehen können, dass sich immer nur höchstens ein Objekt in Reichweite des Lesegeräts befindet. Sie können dann auf eine möglicherweise aufwendige Organisation der gleichzeitigen Verbindung zu mehreren Tags verzichten.
Eine bereits etablierte Anwendung ist ein berührungsloser Autoschlüssel. Er enthält einen passiven RFID-Transponder und entsperrt das Fahrzeug. Heute ist besonders für teurere Automodelle eine kryptografische Absicherung der Kommunikation erforderlich. Denken Sie daran, dass das Signal drahtlos übertragen wird. Es kann nicht nur von ihrem Schlüssel und Ihrem Auto, sondern auch von Kriminellen in Reichweite mitgelesen werden.
Andere Anwendungen im Bereich der Mobilität sind im Auto ein Reifendrucksensor und außerhalb des Wagens Lesegeräte von Mautsystemen, die im Vorbeifahren eine Maut verrechnen können.
Fazit
Kleine Tags ohne eigene Batterie regen die Phantasie für zahllose Möglichkeiten an. Heute haben wir schon RFID-basierte Autoschlüssel und Mautsysteme. Morgen können wir damit rechnen, dass die Technologie uns zusammen mit dem Internet of Things noch kaum vorstellbare Anwendungen ins Haus und ins Auto bringen wird.
