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FAQ zu RFID & NFC

FAQ - die meist gestellten Fragen | smart-TEC | © smart-TEC GmbH & Co. KG

RFID ist die Abkürzung für Radio Frequency Identification und steht für den kontaklosen Datenaustausch über eine Funktechnologie. Die Vorteile, Eigenschaften und weitere Infos zu RFID finden Sie hier.

Near Field Communication (NFC) ist ein internationaler Übertragungsstandard (ISO 18092) für kontaktlosen Datenaustausch bei 13,56 MHz. Die Lesedistanz beträgt bis zu 10 cm bei einer Datenübertragungsrate von maximal 424 kBit/s und einem Verbindungsaufbau < 0,1 sek. Mit NFC fähigen Endgeräten (ca. 170 Mobiltelefone (Januar 2013) weltweit und ca. 50 Mobiltelefone (Januar 2013) in Deutschland lässt sich die neueste Nahfunktechnologie nutzen. Immer mehr neuere Tablets und Notebooks werden ebenfalls mit dieser drahtlosen Schnittstelle ausgerüstet.

Near Field Communication (NFC) ist eine RFID-Technologie, die den Einsatz mobiler Endgeräte zum drahtlosen Datenaustausch beschreibt. Auf passiven RFID-Transpondern (meist ISO 14443, ISO 15693 ebenfalls möglich) werden Informationen im NDEF-Format gespeichert, die das mobile Endgerät bei Berührung derselben auswertet und Aktionen durchführt. NFC-Applikationen lassen sich meist kostengünstig erstellen, da teure RFID-Lesesysteme mit günstigen Smartphones oder Tablets substituiert werden. Die Lesereichweite ist hier auf wenige Zentimeter begrenzt.

Für klassische RFID-Anwendungen werden meist komplexe Lesesysteme und Softwareumgebungen benötigt, die aber dann eine große Skalierbarkeit gewährleisten. Diese Technologie wird häufig für Lagerlogistik benutzt, denn hiermit lässt sich eine große Anzahl an Artikeln schnell und einfach erfassen – die Lesereichweite ist hier deutlich höher als bei NFC-Anwendungen.

Das sogenannte "N-Mark" Logo ist ein universelles Symbol und dient als Touch Point Anzeige. Es zeigt dem User die Lage des NFC Dienstes an, wo er mit seinem NFC-fähigen Gerät (z.B. Mobiltelefon) eine Aktion auslösen kann. 

 

Ein RFID-System besteht aus drei Komponenten:

  • RFID-Reader
  • RFID-Transponder
  • RFID-Antenne

Der RFID-Transponder ist das Kernstück eines RFID-Systems und wird auch als Datenträger oder Tag bezeichnet. Je nach eingesetzten Frequenzbereich unterscheiden sich die Bauformen und Funktionsweisen der RFID-Transponder.

Unter RFID-Reader wird ein Lesegerät verstanden, das Daten kontaktlos aus einen Informationsträger auslesen oder darauf schreiben kann. Die Geräte sind als stationäre oder mobile Versionen erhältlich und unterscheiden sich durch unterschiedliche Lese- und Schreibreichweiten.

Eine RFID-Antenne kann aus einer Spule mit entweder einer oder mehreren Windungen bestehen. Die Antenne hat dabei zwei Funktionen: Elektromagnetsiche Wellen des Lesegerätes abstrahlen oder vom Transponder empfangen.

Antennen sind in unterschiedlichen Größen, Bauformen und mit unterschiedlichen Funktionsweisen erhältlich. Ihre Form und Größe hängt stark von der Umgebung ab, in die das System integriert wird. Gängige Bauarten sind Stab- oder Rahmenantennen.

Als Inlay bezeichnet man die elektronischen Komponenten eines Transponders, bestehend aus Antenne und RFID Chip. In Abhängigkeit von der Technologie werden eine gewickelte Spule (LF), bzw. in Kupfer oder Aluminium gedruckte Leiterbahnen (HF und UHF) und der Chip kontaktiert und auf eine Trägerbahn aufgebracht. Weil diese Anordnung mechanisch zunächst sehr anfällig ist, muss sie in einem geeigneten Aufbau, z.B. als Lage in einem Etikett oder innerhalb einer Vergußmasse geschützt werden.

Um den kontaktlosen Datenaustausch über ein RFID System zu ermöglichen werden Funkwellen zur Kommunikation verwendet. Je nach Anforderung, können RFID-Systeme mit verschiedenen Frequenzbereichen arbeiten. RFID-Anwendungen sind dabei grundsätzlich mit ISM-Frequenzbändern (aus den Bereichen Industrie, Wissenschaft und Medizin) ausgestattet, um eine gegenseitige Beeinflussung von Funksystemen zu vermeiden. So wird ein ungestörter Datenaustausch garantiert. Im Bereich der passiven Anwendungen kann zwischen drei Frequenzbereichen unterschieden werden:

  • Low-Frequency (LF)
  • High-Frequency (HF)
  • Ultra-High Frequency (UHF)

Da RFID-Transponder über Länder- und Unternehmensgrenzen hinweg eingesetzt werden und eine vernetzte Kommunikation immer wichtiger wird, spielen global einheitlich definierte Standards eine wichtige Rolle. Wichtigste weltweite Standardisierungsunternehmen sind die ISO (International Organization for Standardization) und EPC Global (Electronic Product Code), die in Deutschland von GS1 vertreten werden. 

Ja, das NFC Forum wurde 2004 von NXP Semiconductors, Sony und Nokia gegründet und dient der Sicherstellung der Implementierung und Standardisierung sowie der Kompatibilität zwischen Geräten und Diensten. International anerkannte Institution mit vielen Mitgliedern (> 150) wohnen diesem Forum bei. Die Homepage des NFC Forums lautet www.nfc-forum.org

LF (125kHz und 134khz): Sie weisen eine geringe Lesereichweite auf, arbeiten aber einwandfrei und schnell genug für viele Anwendungen. Bei größeren Datenmengen ergeben sich längere Übertragungszeiten. LF-Systeme kommen sehr gut mit Feuchtigkeit und Metall zurecht und werden in vielfältigen Bauformen angeboten. Daher sind diese für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen als auch z. B. für Zugangskontrollen, Wegfahrsperren und Lagerverwaltung geeignet.

HF (13,56 MHz): Kurze (siehe NFC) bis mittlere Reichweite bei einer mittleren bis hohen Übertragungsgeschwindigkeit. Eingeschränkte Einsatzgebiete bei metallischen Umgebungen und Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit / Wasser. Besonderer Vorteil ist die Verwendbarkeit von mobilen Endgeräten mit NFC-Schnittstelle als Lesegeräte, weshalb meist teure RFID-Handhelds durch die kostengünstigen mobilen Endgeräte substituiert werden.

UHF (850–950 MHz): Besonders hohe Reichweiten (2–6 Meter für passive Transponder) und Lesegeschwindigkeiten. Sehr kostengünstige Transponderpreise im Etikettenbereich mit eingeschränkter Funktionalität in metallischen und feuchten Umgebungen. Spezialtransponder ermöglichen sehr gute Lesereichweiten- auch auf metallischen Oberflächen.

Die Lesereichweite bei einem RFID-System hängt von zahlreichen Faktoren ab:

  • Aktive RFID-Systeme bieten eine größere Lesereichweite (bis 100 Meter) als passive RFID-Systemen (bis 10 Meter).
  • UHF-Technologie ermöglicht eine Lesereichweite bis 10 Meter; HF-Technologie bis ca. 1 Meter.
  • Je kleiner der RFID-Transponder ist, desto geringer ist auch die Lesereichweite.
  • Auf metallischen Untergründen ist die Lesereichweite meist niedriger als z. B. auf Plastik, Glas oder Papier.
  • Mit stationären RFID-Lesern kann ein größere Lesereichweite erzielt werden als mit Handheld-Readern.
  • Innerhalb der HF-Technologie bieten ISO 15963 konforme Transponder eine größere Lesereichweite als ISO 14443 kompatible Transponder.

Bei passiven RFID-Systemen hat der RFID-Transponder selbst keine eigene Energieversorgung z. B. durch Batterie. Der passive RFID-Transponder wird über das elektromagnetische Feld des RFID-Lesegerätes mit Energie versorgt. Aktive RFID-Transponder besitzen eine integrierte Batterie. Daraus ergeben sich folgende Hauptunterschiede:

  • Die Bauform des aktiven RFID-Transponders ist größer als die eines passiven RFID-Transponders.
  • Bei aktiven Systemen sind Lesereichweiten bis 100 Meter möglich. Bei passiven bis max. 5 - 8 Metern.
  • Aktive RFID-Transponder sind erheblich teurer als passive RFID-Transponder.

Die verschiedenen Frequenzen in der RFID-Technologie reagieren unterschiedlich auf ihre Umgebung oder die Oberfläche auf der sie aufgebracht sind. Besonders Metalle können die Funktionalität stark beeinflussen, da die Lesereichweite bei falscher Anwendung reduziert wird oder im schlimmsten Fall das Auslesen von Transpondern überhaupt nicht mehr möglich ist. 

Im Frequenzbereich LF (Low Frequency;125 kHz) ist die Beeinträchtigung minimal.

Im Frequenzbereich HF (High Frequency; 13,56 MHz) können negative Effekte durch Abstandshalter oder Spezialfolien verhindert werden. Diese Produkte werden bei smart-TEC als „MoM“ - Mount on Metall – Aufbringbar auf Metall bezeichnet.

Im Frequenzbereich UHF kann es im metallischen Umfeld sogar zu einer starken Reflektion des elektromagnetischen Feldes kommen. Der Transponder ist dann nicht lesbar. Es wird daher auch hier notwendig spezielle MoM-Datenträger einzusetzen.

Bitte weisen Sie in Ihrer Anfrage darauf hin, dass Sie planen RFID im metallischen Umfeld einzusetzen.

Beim Speicher eines RFID-Chips wird allgemein zwischen nichtbeschreibbaren bzw. beschreibbaren Speicher unterschieden. Ein RFID-Chip mit nichtbeschreibbaren Speicher trägt nur eine eindeutige Seriennummer, die sogenannte UID. Hier können keine weiteren Daten abgelegt werden. Die Kapazität des beschreibbaren Speichers eines RFID-Chips reicht von wenigen Bit bis zu mehreren KBytes. Bei diesen RFID-Chips können die Daten auch später geändert oder mit weiteren Daten beschrieben werden.

Die RFID-Technologie unterstützt Kommunikationsprotokolle unterschiedlicher Normen. Auf diese Art und Weise können Transponder mit verschiedenen Chiptypen und Eigenschaften aufgebaut werden, die dennoch mit demselben Typ Lesegerät gelesen bzw. beschrieben werden können. Die am häufigsten verwendeten Normen sind ISO 14443 A und B sowie ISO 15693. Die ISO 14443 regelt den sogenannten Proximity-Bereich, d. h. wenige cm Lesedistanz, die ISO 15693 dagegen beschreibt den Vicinity-Bereich mit bis zu 1 m Lesedistanz.