Wie sie funktionieren und was sie können
RFID-Chips sind so klein, dass sie theoretisch überall eingesetzt werden können. Verpackt in winzigen Glaszylindern, lassen sie sich sogar unter die Haut transplantieren. Aber wie funktionieren die Chips eigentlich, die Träger der gespeicherten Informationen sind und sich mittels eines Scanners auslesen lassen? Wir erklären die Technik dahinter.
Zunächst einmal müssen wir etwas Klarheit in die Begrifflichkeiten bringen. Denn obwohl landläufig vom RFID-Chip gesprochen und damit die gesamte Einheit gemeint wird, ist der Chip selbst nur ein Bestandteil des Transponders. Der Mikrochip speichert die Informationen. Der Transponder besteht zusätzlich aus einer Antenne (oder Spule), die es überhaupt erst möglich macht, die gespeicherten Informationen auszulesen. Dafür wird ein Scanner benötigt. Als dritte Komponente ist für RFID-Anwendungen eine Software notwendig, die die Informationen darstellt und ggf. verarbeitet.
Verschiedene Arten von RFID-Transpondern
Der Markt bietet mittlerweile eine große Fülle verschiedener Transponder, auch Tags genannt. Man unterscheidet zwischen Transpondern, deren Informationen nur gelesen werden können und jenen, die Lesen und Schreiben unterstützen. Letztere benötigen einen größeren Speicher und können folglich auch mehr Daten speichern.
Ein Zwischending sind sogenannte WORM-Transponder. WORM steht für „write once/read many“. Diese RFID-Chips lassen sich also einmalig verändern und können danach nur noch ausgelesen werden. Dabei handelt es sich meist um einfache Chips für Endanwender, die beispielsweise einmalig die gespeicherte Identifikationsnummer verändern können.
RFID-Chip benötigt keine eigene Energiequelle
Doch wie kann man die auf einem RFID-Chip gespeicherten Daten auslesen und ggf. verändern? Das Besondere an der Radio Frequency Identification ist, dass der Transponder ohne Batterie auskommt. So wie der Chip mittels Radiowellen seine Informationen sendet, kann er auch Energie erzeugen. Das elektromagnetische Feld des Scanners reicht aus, damit Energie erzeugt und in einem winzigen Kondensator gespeichert wird.
Dieser Kondensator versorgt den Mikrocontroller mit Strom und die Informationen können ausgetauscht werden. Wird das Lese- bzw. Lese-und-Schreibgerät wieder vom RFID-Chip entfernt, verschwindet das elektromagnetische Feld und der Transponder kehrt quasi in den Ruhezustand zurück.
Datenübertragung mittels zweier Methoden
Grundsätzlich gibt es zwei Methoden der Datenübermittlung bei der RFID-Technologie:
Lastmodulation (induktive Koppelung)
Die Lastmodulation kommt bei RFID-Chips mit einer Frequenz von 13,56 MHz zum Einsatz. Hierbei wird das Frequenzfeld des Scanners stärker oder schwächer belastet, es gibt also kontinuierliche Lastenschwankungen. Diese Schwankungen registriert der Scanner als serielle Daten.
Modulierte Rücksteuerung
Die modulierte Rücksteuerung ist das deutlich verbreitetere Verfahren, das im Frequenzbereich von 865 bis 869 MHz zur Anwendung kommt. Hierbei werden Nebenfrequenzen zurückgesteuert, die das Lesegerät als digitale Daten interpretiert und darstellt.
Passiver und aktiver RFID-Tag
Transponder, die ohne eigene Energiequelle auskommen, werden als passive Tags bezeichnet. Die Stromerzeugung über Induktionskopplung macht sie sehr klein und leicht, weshalb es für solche RFID-Chips unzählige Anwendungsmöglichkeiten gibt. Zudem ist ihre Herstellung verhältnismäßig günstig, was sich natürlich auch im Preis wiederspiegelt. Da es keine versiegende Stromquelle gibt, ist die Lebensdauer nahezu unbegrenzt. Dafür ist die Funkreichweite eher überschaubar.
Aktive Tags hingegen sind mit einer eigenen Batterie ausgestattet und können folglich auch unabhängig vom Scanner arbeiten. Sie sind insgesamt etwas größer und teurer, erreichen dafür aber auch Funkreichweiten von mehreren hundert Metern. Aufgrund der Batterie beträgt die Lebensdauer im Schnitt nur fünf bis zehn Jahre.
RFID-Chips in verschiedenen Ausführungen
Die physische Ausführung der RFID-Chips fällt ganz unterschiedlich aus. Smart Labels sind aus Folie oder Papier und hauchdünn. Sie werden in Etiketten verarbeitet oder lassen sich ganz einfach auf ein Paket kleben. Sind die Chips größerer Beanspruchung und Belastung ausgesetzt, zum Beispiel an Frachtcontainern auf hoher See, dann verfügen sie meist über eine robuste Kunststoffummantelung. Transponder in Glaszylindern, die zum Teil nur so groß sind wie ein Reiskorn, stellen die wohl kompakteste Form dar. Sie kommen hauptsächlich für Wegfahrsperren zum Einsatz, werden Mensch und Tier aber auch unter die Haut transplantiert.
Für welche Art man sich entscheidet, hängt vor allem davon ab, ob es sich um einen offenen oder geschlossenen Kreislauf handelt, in dem die RFID-Chips zur Anwendung kommen. Im Rahmen der Produktion sind Transponder von Vorteil, die für mehrere Zyklen genutzt werden können. Das spart Geld, erfordert allerdings auch Chips, die beschreibbar sind.
Auch die Scanner gibt es in verschiedenen Ausführungen. Stationäre Lesegeräte sind zum Beispiel am Kassenterminal oder am Fließband fest verbaut. Handhold Scanner, also mobile Lesegeräte, kommen meist in Lagern zum Einsatz. Hier findet man auch Gates, durch die Gabelstapler oder ganze LKWs fahren können. Mit diesen Schleusen lässt sich also die gesamte Ladung in einem Durchgang sekundenschnell erfassen.
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Häufige Fragen
Was ist ein RFID-Chip?
Ein RFID-Chip ist ein kleiner Mikrochip, der Informationen speichert und über Radiowellen ausgelesen werden kann. Er ist Teil eines Transponders, der auch eine Antenne und eine Software umfasst.
Wie funktioniert ein RFID-Tag?
Ein RFID-Tag funktioniert, indem es Energie aus dem elektromagnetischen Feld eines Scanners erzeugt, um Informationen zu senden oder zu empfangen. Es benötigt keine eigene Batterie.
Welche Arten von RFID-Transpondern gibt es?
Es gibt passive, aktive und WORM-Transponder. Passive Tags benötigen keine Batterie, aktive Tags haben eine eigene Batterie und WORM-Transponder können einmalig beschrieben werden.
Wie werden Daten von RFID-Chips übertragen?
Daten werden entweder durch Lastmodulation oder modulierte Rücksteuerung übertragen. Diese Methoden nutzen unterschiedliche Frequenzbereiche zur Datenübermittlung.
Was sind die Vorteile passiver RFID-Tags?
Passive RFID-Tags sind klein, leicht und kostengünstig in der Herstellung. Ihre Lebensdauer ist nahezu unbegrenzt, da sie keine Batterie benötigen.
Wie lange hält ein aktiver RFID-Tag?
Aktive RFID-Tags haben eine Lebensdauer von etwa fünf bis zehn Jahren, da sie mit einer eigenen Batterie ausgestattet sind.
In welchen Formen sind RFID-Chips erhältlich?
RFID-Chips sind in verschiedenen Formen erhältlich, darunter Smart Labels, robuste Kunststoffummantelungen und winzige Glaszylinder.
Wo werden RFID-Chips eingesetzt?
RFID-Chips finden Anwendung in Bereichen wie Logistik, Tieridentifikation, Zugangskontrolle und sogar in medizinischen Anwendungen, wie der Implantation unter die Haut.
Was ist der Unterschied zwischen stationären und mobilen RFID-Scannern?
Stationäre Scanner sind fest installiert, beispielsweise an Kassenterminals, während mobile Scanner tragbar sind und häufig in Lagern eingesetzt werden.
Wie wird die Reichweite von RFID-Tags bestimmt?
Die Reichweite von RFID-Tags hängt von ihrer Art ab: Passive Tags haben eine begrenzte Reichweite, während aktive Tags mehrere hundert Meter erreichen können.
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