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Neue Eigenschaften versprechen neue Möglichkeiten - RFID im 868-MHZ-Bereich
Transponder im Test ( roter Pfeil )
Transponder im Test ( roter Pfeil )
Die physikalischen und konstruktionsbezogenen Eigenschaften von RFID-Systemen werden im Wesentlichen durch den Frequenzbereich bestimmt, in dem die jeweiligen Applikationen arbeiten. Dabei haben sich weltweit bislang zwei Standards durchgesetzt, die durch ISO-Normen technologisch vereinheitlicht sind und somit eine länderübergreifende Verwendung der RFID-Tags ermöglichen: das niederfrequente (LF) 125-KHz-Band und das hoch-frequente (HF) 13,56-MHz-Band. Für beide Bereiche wurden seit ihrer Einführung mit großem Erfolg viele spezifische Einsatzgebiete erschlossen, die von Zutrittskontrollen über Pkw-Wegfahrsperren (125 KHz) bis hin zur Warenlogistik, Produktions- steuerung oder dem elektronischen Pass (13,56 MHz) reichen. Allerdings gibt es im LF- und HF-Bereich auch einige Einschränkungen: Prinzipielle Kommunikationsreichweiten, Energieübertragung, spezielle Bauformen oder hohe Metallempfindlichkeit erschweren den breiten Einsatz der RFID-Technologie in einigen industriellen und logistischen Anwendungen. Mit der Entwicklung von Applikationen im Ultrahoch- frequenzbereich (UHF), wie sie auch von Schreiner LogiData forciert verfolgt wird, werden sich in dieser Hinsicht die Anwendungsmöglichkeiten erweitern. Im Mittelpunkt des Interesses steht dabei das in Europa freigegebene 868-MHz-Frequenzband.

Neue Möglichkeiten durch UHF-Technologie

Prinzipiell unterscheidet sich die UHFTechnologie in den benötigten Komponenten nicht von der 13,56 MHz-Technik. Ein elektronischer Transponder, bestehend aus Speicherchip und Miniantenne, empfängt über eine Luftschnittstelle Impulse von einer Lese-/Schreibeinheit, dem Reader, und gibt umgekehrt seine gespeicherten Informationen an diesen Reader zurück. Handelt es sich dabei um passive Transponder ohne eigene Energie- versorgung und ohne weitere Bauteile, werden mit den Impulsen der Lese-/Schreibeinheit sowohl die Daten als auch die Energie für den Chip übertragen. Anders als bei den LF- und HF-Anwendungen erfolgt im 868-MHz-Bereich die Koppelung zwischen Transponder und der Lese-/Schreibeinheit nicht induktiv durch ein Magnetfeld, sondern über elektromagnetische Wellen, also als Strahlung.
Die Kommunikation zwischen Transponder und Lesegerät erfolgt durch die Modulation der Reflexion des ausgestrahlten Feldes („Backscatter-Technik').
Die elektromagnetische Koppelung er-fordert keine spulenförmigen Antennen, sondern einfache Dipol- oder Flachantennen. Die Lesereichweiten für passive UHFTransponder betragen bei guten Bedingungen und einer effektiven Sendeleistung von 0,5 W ERP (effectiv radiated power) max. 4 m. Seit Anfang 2005 gilt eine erhöhte Obergrenze der Reader-Sendeleistung von 2 W ERP im Frequenzbereich zwischen 865,6 und 867,6 MHz. Dies ermöglicht es, künftig noch höhere Reichweiten von theoretisch bis zu 8 m zu realisieren.
Wie HF-, sind auch UHF-Systeme pulklesefähig und können bis zu 600 RFID-Tags gleichzeitig erkennen und individuell unter-scheiden. Dabei werden Datentransfer-raten von bis zu 160 KBit/s erzielt. Die 868-MHz-Technologie ist daher sehr gut für Applikationen geeignet, die erhöhte Anforderungen an die Schnelligkeit der Objekterkennung stellen.

Ausnutzen kann man bei UHF den Effekt, dass Wellen reflektiert werden. So können sich durch Reflexion an den Wänden in größerer Entfernung Feldstärken einstellen die für eine Transpondererkennung ausreichen, obwohl dies in direkter Sicht nicht möglich erscheint. Allerdings ergeben sich durch Reflexion und Interferenz mit der direkt ausgestrahlten Welle auch Leselöcher, und dies je nach Umgebungskonfiguration bereits in kleineren Abständen ab etwa 1 bis 2 m. Geeignete Systemintegration nutzt die Vorteile und umgeht die Nachteile der Lese-löcher durch Mehrfach-Antennen und bewegte Güter.
Funktionsbeeinträchtigung in feuchter Umgebung
Gegenüber 13,56 MHz-Anwendungen zeigt die neue Transponder-Technologie allerdings auch Schwächen. So sind UHF-Systeme sehr sensibel gegenüber Wasser bzw. wasserhaltigen Stoffen. Da Wasser Strahlung absorbiert, können eine feuchte Umgebung oder Personen, die sich im Strahlungsfeld des Systems befinden, die Lesereich-weite deutlich einschränken. Auch die Durchdringung nichtmetallischer Stoffe ist generell stärker vom jeweiligen Material abhängig als bei induktiver Koppelung. Das erfordert eine deutlich präzisere Abstimmung des RFID-System auf den jeweiligen Untergrund und eine genauere Justierung der Position von Transponder und Reader zueinander.
Die Lesbarkeit auf Metalloberflächen ist bei der UHF-Technologie zwar prinzipiell besser als bei der HF-Technologie, doch die angebotenen RFID-Inlays benötigen trotz-dem einen Mindestabstand zum Metall, um arbeiten zu können. Daher sind UHF-Labels nicht als generelles Allheilmittel für metallische Umgebungen anzusehen.
Uneinheitliche Frequenzstandards
Ein zentraler Einflussfaktor bei der Entwicklung von RFID-Lösungen sind gesetzliche Vorschriften. Da RFID-Systeme in verschiedenen Frequenzbereichen und Reichweiten arbeiten, müssen die Funkvorschriften der jeweiligen Regionen und Länder berücksichtigt werden. Hier existieren für den UHF-Bereich bedauerlicher-weise weltweit unterschiedliche gesetzliche Regelungen. Während in Europa für UHF-Applikationen bisher ein 250-KHz-Band im Bereich von 869,4 bis 869,65

MHz und künftig zehn 200-KHz-Kanäle zwischen 865,6 und 867,6 MHz freigegeben sind, werden in den USA 902 bis 928 MHz mit 50 Kanälen verwendet. In Japan gibt es seit 2003 eine vorläufige Freigabe für Tests mit RFID-Anwendungen im Logistikmanagement im Bereich 950 bis 956 MHz. Korea plant ein Frequenzband von 908,5 bis 914 MHz. Da in Europa und den USA der jeweils andere Frequenzbereich vom Mobilfunk blockiert wird, ist mit einer weltweiten Vereinheitlichung, wie sie im LF- und HF-Bereich realisiert ist, nicht zu rechnen.
Anders sieht es bei den Daten- und Anwendungsstandards aus. Mit der Norm ISO 18000-6 existiert bereits ein internationales Regelwerk für den Datenaus-tausch im UHF-Bereich, was eine problemlose Kommunikation zwischen verschiedenen Chip-Fabrikaten und Readern ermöglicht. In Bezug auf eine einheitliche, eindeutige Produktidentifikation wurden mit den Standardisierungsrichtlinien von EPCglobal ebenfalls Vorgaben für eine Luftschnittstelle formuliert, die es RFIDSystemen ermöglicht, Produkthersteller, Produkt, Version und Seriennummer zu identifizieren. Dieser sogenannte Electronie Product Code (EPC) wird auf den im Handel eingesetzten Mikro-Schaltkreisen als einzigartige, fest gespeicherte Information vorhanden sein.
Dieser Trend zum elektronischen Barcode wird von etlichen großen RFIDChipherstellern unterstützt und erzeugt große Erwartungen im Bereich der Optimierung von Prozessabläufen in der Warenlogistik.

Perspektiven der Entwicklung

Obwohl noch einige Barrieren für den breiten industriellen und logistischen Einsatz existieren – vor allem im Bereich der Hardwarekosten und -verfügbarkeit sowie bei manchen noch ungelösten Standardisierungs- und Zulassungsfragen – ist der Erfolg der 868-MHz-Technologie vorprogrammiert. Daher verstärken derzeit alle Parteien ihre Anstrengungen, die Standards zu harmonisieren und die Marktreife der Komponenten zu verbessern. Im Fokus der Entwicklungen stehen dabei Anwendungen im Bereich der Logistik und des Supply Chain Managements.
Gravierende „Kannibalisierungseffekte” in Bezug auf die 13,65-MHz-Technologie sind jedoch nicht zu erwarten, da jede Technologie ihre spezifischen Stärken hat. Viel-mehr ist mit einer Koexistenz beider Systeme auf dem Markt zu rechnen. Ein kompetenter RFID-Anbieter wird deshalb je nach Projekt und Anwendungsfall die richtige Technologie für die Realisierung auswählen. Vor diesem Hintergrund wird auch Schreiner LogiData auf künftige Markt-und Technologietrends unmittelbar reagieren und kundenindividuelle RFID-Lösungen auch im 868-MHz-Bereich anbieten.

Quelle: Hebezeuge und Fördermittel, Heft 5-2005
www.hebezeuge-foerdermittel.de
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