RFID - Radio Frequency Identification: Technologie mit RFID-Chips einfach erklärt

Eine schnelle und einfache Identifizierung ist heutzutage in vielen Bereichen ein extrem wichtiges Thema. Somit wird sichergestellt, dass lediglich berechtigte Personen bestimmte Büroräume oder Produktionsstätten betreten können. Für die zuverlässige Kontrolle und Freigabe der Zugangsberechtigung werden u.a. sogenannte RFID-Chips eingesetzt.

Aber die RFID-Technologie kann noch weit mehr. Denn es können auch Gegenstände oder Produkte damit ausgestattet werden. Dadurch ist es möglich, dass unbezahlte Waren nicht unbemerkt aus einem Ladengeschäft getragen werden können. Aber auch in der Automobilindustrie wird die RFID-Technik gerne genutzt, um zum Beispiel eine effiziente Wegfahrsperre zu ermöglichen oder Produktionsabläufe zu optimieren. Sogar bei Tieren werden RFID-Systeme eingesetzt. Bei aufgefundenen Hunden oder Katzen lassen sich so die Besitzer sehr schnell ermitteln. Gerne erklären wir Ihnen, welche Technik hinter RFID steckt und wie sie genau funktioniert.

Die Bezeichnung RFID stammt aus dem englischen Sprachgebrauch und ist die Abkürzung für Radio-Frequency-Identification. Frei übersetzt bedeutet der Begriff so viel wie „Funk-Identifikation“. Also eine Erkennung, die mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen arbeitet.

Da bei diesem Verfahren die relevanten Daten drahtlos übertragen werden, ist eine direkte Kontaktierung, so wie beispielsweise beim Auslesen einer Speicherkarte, nicht erforderlich.

So lassen sich mit dieser berührungslosen Technologie viele Prozesse in der Industrie, im Handel oder auch im Logistikbereich deutlich einfach und kostengünstiger verwirklichen. 

Das Herzstück eines RFID-Systems ist der RFID-Leser bzw. RFID-Reader, an dem ein oder mehrere RFID-Transponder betrieben werden. Der Leser kann stationär montiert sein,  um zum Beispiel Schaltfunktionen an einem elektrischen Türöffner oder an einem Drehkreuz durchzuführen.

Die erfassten Zugangsdaten inkl. Datum und Uhrzeit können bei Bedarf auch über eine interne Datenbank oder ein extern angeschlossenes System (PC) abgespeichert, protokolliert und weiterverarbeitet werden. Es gibt aber auch mobile RFID-Reader, welche die ausgelesenen Informationen des Transponders in einem Display anzeigen. Zum Teil werden RFID-Lesegeräte auch verwendet, um die erforderlichen Daten auf die RFID-Transponder zu übertragen.

Der Transponder stellt somit einen mobilen Datenträger dar. Er wird auch als „RFID-Tag“ oder umgangssprachlich als „RFID-Chip“ bzw. einfach nur „Chip“ bezeichnet. Die Speicherkapazität des Transponders ist vom Verwendungszweck abhängig. Bei einfachen Systemen sind einige wenige Bytes vollkommen ausreichend. Bei komplexeren Systemen hingegen kann der Transponderspeicher bis 100 kB oder mehr betragen.

Ebenso wie die Speicherkapazität ist auch die Bauform vom Verwendungszweck abhängig. So gibt es RFID-Tags bzw. Transponder als Speicherkarten, EC-Karten, Schlüsselanhänger, Kabelbinder, Anbauteile, selbstklebende RFID-Etiketten (Smart Label bzw. RFID-Label) oder auch als reiskorngroße Exemplare. Wobei die zuletzt genannten RFID-Tags Hunden, Katzen oder auch Zootieren zur Tieridentifikation unter die Haut implantiert werden können.

Das Lesegerät erzeugt mithilfe eines Hochfrequenzmoduls und einer RFID-Antenne (Spule) ein elektromagnetisches Wechselfeld. Die dazu verwendeten Frequenzen sind national, als auch international, unterschiedlich.

Im europäischen Raum werden vorzugsweise im Langwellenbereich (Low Frequency) die Frequenzen 125 kHz und 135 kHz genutzt.

Wird der Kurzwellenbereich (High Frequency) verwendet, arbeiten RFID-Systeme mit 13,56 MHz.

Im UHF-Bereich (Ultra High Frequency) stehen Frequenzen von 868 MHz zur Verfügung.

Für unterschiedliche Mautsysteme werden noch höhere Frequenzen im SHF-Bereich (Super High Frequency) von 2,45 GHz und 5,8 GHz genutzt. 

Ein passiver Transponder (siehe Skizze) ist im Prinzip ein Speicher-Chip (1), der mit einer Spule  (2) und einem Kondensator  (3) ausgestattet ist. Fachkräfte sprechen bei einer Kombination aus Spule und Kondensator immer von einem Schwingkreis. Die Induktivität der Spule, sowie die Kapazität der Kondensatoren bestimmen die Resonanzfrequenz, auf der ein Schwingkreis arbeitet bzw. schwingt. Über die Transponderspule erfolgen die Energieversorgung und der Datenaustausch mit der Spule im RFID-Reader.

Im Gegensatz zum passiven Transponder, der keine eigene Energiequelle besitzt, hat ein aktiver Transponder eine eigene Energiequelle in Form einer Batterie. Diese wird nur während des Auslesevorgangs aktiviert.

Semi-passive Transponder haben ebenfalls eine Energiequelle, die aber lediglich zur Stromversorgung des Micro-Chips dient. Zum Senden der gespeicherten Daten wird, ebenso wie beim passiven Transponder, die vom Lesegerät übertragene Energie verwendet. 

Halbduplexverfahren (HDX):
Die Daten in beide Richtungen werden wechselseitig übertragen. Auch bei diesem Verfahren sorgt das Lesegerät für eine kontinuierliche Energieübertragung. Dieses Verfahren gleicht Wechselsprechanlagen oder Funkgeräten, wo entweder gesprochen oder gehört werden kann.

Sequenzielles Verfahren (SEQ):
Im Gegensatz zum Vollduplex- und Halbduplexverfahren, wird beim sequenziellen Verfahren die Energieübertragung im schnellen Rhythmus ein- und ausgeschaltet (Pulsbetrieb). Die Datenübertragung vom HF-Transponder zum Lesegerät erfolgt dann immer in den Pulspausen.

Die Datenübertragung vom Lesegerät zum Transponder wurde als "Downlink" bezeichnet. Die Datenübertragung vom Transponder zum Lesegerät wurde als "Uplink" definiert.

Warensicherung

Ladenbetreiber haben ein enormes Problem. Denn nicht alle Kunden bezahlen die Ware, die sie mit nach Hause nehmen wollen. Um die Waren zu sichern und den Ladendiebstahl zu erschweren, werden sogenannte 1Bit-Transponder verwendet. Diese verhältnismäßig preiswerten Transponder sind relativ einfach aufgebaut und lassen sich aufgrund ihrer Bauform sehr leicht verdeckt an der Ware platzieren. Lesespulen im Ausgangsbereich erkennen dann sofort, ob der Transponder beim Bezahlvorgang deaktiviert wurde. Ansonsten wird beim Verlassen des Ladengeschäftes ein Alarm ausgelöst.

Das wohl größte Potenzial der RFID-Technologie kann in der Logistik-Branche und Lagerhaltung genutzt werden. Auch wenn in diesem Bereich Barcode-Scanner noch weit verbreitet sind, setzt sich RFID immer stärker durch. Denn die kontaktlose Datenerfassung ermöglicht selbst komplette Warenlieferungen ohne großen Aufwand zur erfassen.

Dies ist speziell für Lebensmittelhersteller, die laut EU-Verordnung zur Rückverfolgbarkeit ihrer Produkte verpflichtet sind, eine deutliche Arbeitserleichterung.

Allerdings ist die weltweite Warenverfolgung trotz einheitlichem Electronic Product Code (EPC) noch eine richtige Herausforderung, da in den unterschiedlichen Ländern die verwendeten Systeme und Frequenzen sehr stark voneinander abweichen und nicht kompatibel zueinander sind.

Bei Veranstaltungen werden RFID-Systeme oft mehrfach genutzt. Bei sportlichen Großereignissen, wie beispielsweise einer Fußballweltmeisterschaft, werden die Eintrittskarten mit einem RFID-Transponder ausgestattet, auf dem die laufende Seriennummer gespeichert ist.

Aber auch die Zeitmessung der Akteure ist mit RFID möglich. Man sieht das immer sehr schön, wenn beispielsweise Biathleten kurz vor dem Ziel einen Ausfallschritt machen, damit der Transponder am Fuß so schnell wie möglich die Ziellinie (Lesegeräteantenne) erreicht.

Und bei Autorennen helfen RFID-Transponder die Anzahl der Runden, als auch die Runden- und Sektorzeiten exakt zu erfassen.  Selbst Modellbauer nutzen diese clevere Technik.

Auch im digitalen Zeitalter sind in Arztpraxen, Kanzleien, Behörden oder Büros nach wie vor noch Dokumente, Unterlagen und Akten in Papierform vorhanden.

Mithilfe von selbstklebenden RFID-Etiketten kann die Verwaltung, als auch die Ablage und Archivierung dieser Dokumente bzw. aller anderen materiellen Medien übersichtlich gestaltet werden.

Besonders dann, wenn die Lesegeräte direkt ins Mobiliar integriert sind. Selbst der Zeitaufwand beim Prüfen, Beurteilen und Bearbeiten der jeweiligen Unterlagen kann dank cleverer RFID-technik exakt erfasst und abgerechnet werden.