RFID-Systeme und Frequenzen
RFID-Systeme können nach dem Frequenzband, in dem sie arbeiten, unterteilt werden: Niederfrequenz, Hochfrequenz und Ultrahochfrequenz. Außerdem gibt es zwei große Kategorien von Systemen – passives und aktives RFID. In den folgenden Abschnitten werden wir die Frequenzen und Arten von RFID-Systemen untersuchen.
Wie können RFID-Systeme kategorisiert werden?
RFID-Systeme werden oft nach ihrem Betriebsfrequenzband kategorisiert. Die Frequenz bezieht sich auf die Größe der Funkwellen, die zur Kommunikation zwischen Systemkomponenten verwendet werden. RFID-Systeme auf der ganzen Welt arbeiten in Niederfrequenz (LF), Hochfrequenz (HF) und Ultrahochfrequenz (UHF) Bändern. Funkwellen verhalten sich bei jeder dieser Frequenzen unterschiedlich und mit der Verwendung jedes Frequenzbandes sind Vor- und Nachteile verbunden.
Wenn beispielsweise ein RFID-System mit einer niedrigeren Frequenz arbeitet, hat es eine langsamere Datenleserate, aber bessere Lesefähigkeiten in der Nähe von oder auf Metall- oder Flüssigkeitsoberflächen. Wenn ein System mit einer höheren Frequenz arbeitet, hat es im Allgemeinen schnellere Datenübertragungsraten und größere Lesereichweiten, aber eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Funkwellenstörungen, die durch Flüssigkeiten und Metalle in der Umgebung verursacht werden. Technologische Innovationen der letzten Jahre haben jedoch den Einsatz von Ultrahochfrequenz-RFID-Systemen rund um Flüssigkeiten und Metalle ermöglicht.
Niederfrequenz (LF) RFID
Das LF-Band umfasst Frequenzen von 30 KHz bis 300 KHz. Typischerweise arbeiten LF-RFID-Systeme mit 125 KHz, obwohl es einige gibt, die mit 134 KHz arbeiten. Dieses Frequenzband bietet eine kurze Lesereichweite von 10 cm und hat eine langsamere Lesegeschwindigkeit als die höheren Frequenzen, ist jedoch nicht sehr empfindlich gegenüber Funkwelleninterferenzen.
Zu den LF-RFID-Anwendungen gehören Zutrittskontrolle und Viehverfolgung.
Standards für LF-Tierverfolgungssysteme sind in ISO 14223 und ISO/IEC 18000-2 definiert. Das NF-Spektrum wird aufgrund geringfügiger Unterschiede in Frequenz und Leistungspegeln auf der ganzen Welt nicht als wirklich globale Anwendung angesehen.
Hochfrequenz (HF) RFID
Das HF-Band reicht von 3 bis 30 MHz. Die meisten HF-RFID-Systeme arbeiten mit 13,56 MHz mit Lesereichweiten zwischen 10 cm und 1 m. HF-Systeme weisen eine mäßige Störempfindlichkeit auf.
HF-RFID wird häufig für Ticketing-, Zahlungs- und Datenübertragungsanwendungen verwendet.
Es gibt mehrere HF-RFID-Standards, wie den ISO 15693-Standard für die Verfolgung von Gegenständen und die ECMA-340- und ISO/IEC 18092-Standards für Near Field Communication (NFC), eine Nahbereichstechnologie, die häufig für den Datenaustausch zwischen Geräte. Andere HF-Standards sind die Standards ISO/IEC 14443 A und ISO/IEC 14443 für die MIFARE-Technologie, die in Smartcards und Proximity-Karten verwendet wird, und JIS X 6319-4 für FeliCa, ein Smartcard-System, das häufig in elektronischem Geld verwendet wird Karten.
Ultrahochfrequenz (UHF) RFID
Das UHF-Frequenzband deckt den Bereich von 300 MHz bis 3 GHz ab. RAIN-RFID-Systeme entsprechen dem UHF-Gen2-Standard und verwenden das 860- bis 960-MHz-Band. Obwohl die Frequenz von Region zu Region variiert, arbeiten RAIN-RFID-Systeme in den meisten Ländern zwischen 900 und 915 MHz.
Die Lesereichweite passiver UHF-Systeme kann bis zu 12 m betragen und UHF-RFID hat eine schnellere Datenübertragungsrate als LF oder HF. UHF-RFID ist am empfindlichsten gegenüber Störungen, aber viele Hersteller von UHF-Produkten haben Wege gefunden, Tags, Antennen und Lesegeräte zu entwickeln, um die Leistung auch in schwierigen Umgebungen hoch zu halten. Passive UHF-Tags sind einfacher und kostengünstiger herzustellen als LF- und HF-Tags.
RAIN RFID wird in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, die von der Bestandsverwaltung im Einzelhandel über die pharmazeutische Fälschungssicherheit bis hin zur Konfiguration von drahtlosen Geräten reichen. Die meisten neuen RFID-Projekte verwenden UHF (RAIN) im Gegensatz zu LF oder HF, was RAIN zum am schnellsten wachsenden Segment des RFID-Marktes macht.
Das UHF-Frequenzband wird durch einen einzigen globalen Standard geregelt, der als ECPglobal Gen2 (ISO 18000-63) UHF-Standard bezeichnet wird. Impinj leitete die Entwicklung des Gen2-Standards, setzte sich bei Regierungen für die Zuweisung des Frequenzspektrums ein und war Mitbegründer desRAIN RFID-Allianzzusammen mit Google, Intel und Smartrac, um die universelle Einführung von RAIN-Technologielösungen in vielen verschiedenen vertikalen Märkten zu fördern.
RAIN RFID verwendet den UHF Gen2-Standard und ist das am schnellsten wachsende Segment auf dem RFID-Markt
Aktive RFID-Systeme
In aktiven RFID-Systemen verfügen Tags über einen eigenen Sender und eine eigene Stromquelle. Normalerweise ist die Stromquelle eine Batterie. Aktive Tags senden ihr eigenes Signal, um die auf ihren Mikrochips gespeicherten Informationen zu übertragen.
Aktive RFID-Systeme arbeiten typischerweise im Ultrahochfrequenz (UHF)-Band und bieten eine Reichweite von bis zu 100 m. Im Allgemeinen werden aktive Tags an großen Objekten wie Eisenbahnwaggons, großen wiederverwendbaren Containern und anderen Assets verwendet, die über große Entfernungen verfolgt werden müssen.
Es gibt zwei Haupttypen von aktiven Tags: Transponder und Beacons. Transponder werden „aufgeweckt“, wenn sie ein Funksignal von einem Lesegerät empfangen, sich dann einschalten und durch Senden eines Signals antworten. Da Transponder erst dann aktiv Funkwellen ausstrahlen, wenn sie ein Lesesignal empfangen, schonen sie die Batterielebensdauer.
Beacons werden häufig in Echtzeit-Ortungssystemen (RTLS) verwendet, um den genauen Standort eines Assets kontinuierlich zu verfolgen. Im Gegensatz zu Transpondern werden Beacons nicht durch das Signal des Lesegeräts eingeschaltet. Stattdessen senden sie Signale in voreingestellten Intervallen aus. Je nach erforderlicher Ortungsgenauigkeit können Beacons so eingestellt werden, dass sie alle paar Sekunden oder einmal täglich Signale aussenden. Das Signal jedes Beacons wird von Leseantennen empfangen, die um den Umfang des überwachten Bereichs herum positioniert sind, und übermittelt die ID-Informationen und die Position des Tags.
Das drahtlose Ökosystem für Kunden ist sehr groß und wächst täglich. Es gibt Anwendungsfälle, in denen Active RFID und Passive RFID gleichzeitig für einen additiven Ansatz für das Asset- oder Sensormanagement eingesetzt werden.
Passive RFID-Systeme
Bei passiven RFID-Systemen senden der Reader und die Reader-Antenne ein Funksignal an den Tag. Das RFID-Tag verwendet dann das übertragene Signal, um sich einzuschalten und Energie zurück zum Lesegerät zu reflektieren.
Passive RFID-Systeme können in den Funkbändern Niederfrequenz (LF), Hochfrequenz (HF) oder Ultrahochfrequenz (UHF) betrieben werden. Da die Reichweiten passiver Systeme durch die Leistung der Rückstreuung des Tags (das vom Tag zurück zum Lesegerät reflektierte Funksignal) begrenzt sind, betragen sie typischerweise weniger als 10 m. Da passive Tags keine Stromquelle oder keinen Sender benötigen und nur einen Tag-Chip und eine Antenne erfordern, sind sie billiger, kleiner und einfacher herzustellen als aktive Tags.
Passive Tags können je nach den spezifischen Anforderungen der RFID-Anwendung auf viele verschiedene Arten verpackt werden. Sie können beispielsweise auf einem Substrat montiert oder zwischen einer Klebeschicht und einem Papieretikett angeordnet werden, um intelligente RFID-Etiketten zu erstellen. Passive Tags können auch in eine Vielzahl von Geräten oder Gehäusen eingebettet werden, um das Tag gegen extreme Temperaturen oder aggressive Chemikalien beständig zu machen.
Batteriegestützte passive (BAP) Systeme
Ein batterieunterstützter passiver RFID-Tag ist eine Art passiver Tag, der eine entscheidende aktive Tag-Funktion enthält. Während die meisten passiven RFID-Tags die Energie aus dem Signal des RFID-Lesegeräts verwenden, um den Chip des Tags mit Strom zu versorgen und zum Lesegerät zurückzustreuen, verwenden BAP-Tags eine integrierte Stromquelle (normalerweise eine Batterie), um den Chip mit Strom zu versorgen, sodass die gesamte erfasste Energie von der Leser kann für Rückstreuung verwendet werden. Im Gegensatz zu Transpondern haben BAP-Tags keine eigenen Sender.
