UHF-Systeme 868 MHz

Funktionsbeschreibung

Im hohen Frequenzbereich der UHF-Systeme wird die Verbindung zum Transponder über Radiowellen aufgebaut.
In dieser Technik können die Radiowellen horizontal, vertikal oder zirkular abgestrahlt werden. Wird bei einer richtungsgebundenen Antenne der angestrahlte Transponder um 90° gedreht, veringert sich die Leistung für die Kommunikation mit dem Datenträger. Durch zirkulare Antennen wird dieser Effekt minimiert, allerdings ist die Verbindung mit einer zirkularen Antenne nicht so effektiv wie mit einer linearen Antenne.
Wie bei allen anderen passiven Transpondersystemen wird die zur Bearbeitung der TAGs nötige Energie aus der Funkwelle gewonnen.
Das UHF-System kann mit speziellen Antennen und durch die Leistungsanpassung der Controller im Nearfield Bereich (2cm - 20cm) sowie im Long Distance Bereich ( bis 10m) eingesetzt werden.

MDT-TAG

EPC-Inlay

HiTemp-Datenträger

UHF-Antenne

Profibus Controller

mobile Lesesysteme

Nahfeld Antenne

RFID-TT-Etikettendrucker

Android Handheld

868 MHz UHF Systeme

Hochfrequente elektromagnetische Kopplung

Transponder, TAGs, Datenträger

Die passive 868 MHz UHF Technologie schließt die Lücke zwischen den kostengünstigen 13,56 MHz Schreib-/Lesesystemen und den weitreichenden aktiven Systemen. Die Transponder werden bei dieser neuartigen Übertragungstechnik mit einem UHF Radiosignal von einer Sendeantenne in der festgelegten Frequenz angeregt, wobei die Transponderinformation im oberen und unteren Seitenband als Austastsignal zur Empfangsantenne zurückgeschickt werden. Dieses Verfahren nennt sich Backscattering.

Die Transponder können wie bei den HF-Systemen sehr kostengünstig hergestellt werden. Die Chips werden mit einer einfachen Aluminium- oder Kupferfolie verbunden, die als Antennendipol ausgelegt werden. Durch Normierungen ISO 18000-6B (Ucode, HSL) und 18000-6C (EPC C1 G2) und intensive Weiterentwicklungen in der Chiptechnologie erfüllt diese Technologie die Anforderungen, die vom Handel, der Logistik und der Industrie gefordert werden. Mit der neuen EPC Gen2-Generation der Chips können, abhängig vom Umfeld, über 100 Transponder in der Sekunde gelesen werden.
In vielen Bereichen werden sogenannte SmartTAGs verwendet. Dies sind spezielle Etiketten, die neben dem Oberflächenmaterial, dem Kleber auch noch ein TAG-Inlay eingebaut haben. Je nach Anwendung ist die Oberfläche aus Papier oder Kunststoff, die von einem Etikettendrucker bedruckt, während gleichzeitig der Datenträger beschrieben werden kann. Oft wird ein 1-D oder 2-D Barcode mit einer Klarschrift aufgedruckt, wobei der TAG mit der selben Information beschrieben wird.

Die frequenzbedingten Nachteile im 868 MHz Bereich (Signalreflexionen bei Metallen und Signalabsorption bei Flüssigkeiten) können durch besondere Gehäuse und Materialien verringert werden. Dies erhöht allerdings den Einzelstückpreis für diese Transponder.

Der von der LIS GmbH entwickelte MetallTAG HR erfüllt alle Anforderungen - Anbringung direkt auf Metall, temperaturbeständig bis 220°C für mindestens 30 Minuten und keine Beinträchtigung des Korrosionsschutzes - die in der Automobilherstellung gefordert werden.

Trotz dieser Anforderungen erreicht das System eine Lesereichweite bis 10 m und eine Schreibreichweite von 5 - 7 m.

Die Funkübertragung gewährleistet den weltweiten Einsatz des Systems durch automatische Frequenzumschaltung 868 / 915 / 950 MHz (Europa / USA / Asien) im Lesegerät.

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Antennen

Gemäß den unterschiedlichen Anwendungen von UHF-RFID giebt es eine Vielzahl von Antennen und Antennenbauformen.
Wie schon oben beschrieben verwendet man bei den Datenträgern, abhängig von der Bauform oder des Inlays, eine bevorzugte Ausstrahlung der Radiowellen. Bei Nichtbeachtung kann dies zur Folge haben, daß der zu lesende Datenträger vom Lesesystem nicht erkannt wird. Die beste Verbindung zu einem TAG bekommt man von einer linearen Antenne, die auf die Antenne im TAG ausgerichtet ist.

In Datenträgern ist die Antenne immer nach der längsten Seite ausgerichtet. Bei automatischen Abläufen sollte deshalb darauf geachtet werden daß die TAGs immer horizontal oder immer vertikal angebracht werden. Eine fest installierte Antenne wird nach dieser Lage ausgerichtet, so daß eine optimale Verbindung zum Datenträger hergestellt werden kann.

Wenn die Ausrichtung der Datenträger nicht gewährleistet werden kann, hat man die Möglichkeit, eine zirkular ausgerichtete Antenne einzusetzen. Durch die Antenne wird eine rotierende Radiowelle ausgestrahlt, wobei hier die Lage des TAGs nicht beachtet werden muß. Die Lese-/Schreibleistung ist allerdings bei zirkularen Antennen geringer.

In den neueren EPC Datenträgern ist meist neben der normalen Antenne auch eine Near Field Antenne eingebaut. Für bestimmte Anwendungen ist es sinnvoll, den Datenträger mit einer Near Field Antenne anzusprechen. Dies wird hauptsächlich eingesetzt, wenn sehr kurze Distanzen (0 - 10cm) überbrückt werden müssen, oder wenn im nahen Umfeld weitere Datenträger vorhanden sind.
Eine klassische Anwendung ist das Beschreiben und Bedrucken von SmartTAGs mit einem RFID Thermotransfer-Drucker, bei dem die Antennen der TAGs nur wenige Millimeter Abstand haben, wenn sie von der Rolle abgewickelt werden.

Genauso gibt es Antennen die speziell für den Weitbereich mit einem schmalen Abstrahlwinkel hergestellt werden, und Antennen, z.B. für Bulkreading, mit einem breiten Abstahlwinkel und kürzerer Distanz.

Jede Anwendung erfordert ein genau abgestimmtes System, damit ein Ergebnis im ppm-Bereich erzielt werden kann.

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Controller

Das zentrale und wichtigste Bauteil eines RFID-Systems ist der Controller oder Schreib-/Lesegerät. Im Controller wird die Radiofrequenz mit max. 2 Watt Leistung erzeugt, der Controller kodiert und dekodiert die Kommunikation mit dem Datenträger und bereitet die Daten zur weiteren Verwendung in einem übergeordnetem System auf.

In den besseren Controllern können verschiedene Algorithmen - die Kommunikation mit Transpondern - verarbeitet werden.
UHF Algorithmen für Transponder: EPC Class1 Gen1, UCODE EPC 1.19, TAGIDU, EM4022/4222, EPC Class1 Gen2, I-CODE, TAGIT, SLI ...
Durch die Vielzahl der verschiedenen Transpondertypen und den daraus resultierenden Algorithmen wurden die Transponder in ISO-Normen zusammen gefasst: ISO 15693, ISO 18000-6B und ISO 18000-6C.

Derzeit werden in industriellen Anwendungen Transponder nach der ISO Norm 18000-6B (z.B. I-CODE) und im Handel hauptsächlich nach der ISO Norm 18000-6C (EPC Class1 Gen2) eingesetzt.

Einfachere Controller und viele mobile Geräte unterstützen nur noch die ISO Norm 18000-6C (EPC Class1 Gen2), die Leistung wird bei 0,5 W begrenzt und unterstützt 1 Antenne.

Industrielle Controller können bis zu 8 Antennen mit verschiedenen Protokollen und einer Leistungsanpassung von 17 bis 32 dBm ansteuern. Dadurch kann mit nur einem Controller bis zu acht Lese-/ Schreibstationen mit unterschiedlichen Protokollen aufgebaut werden.

Als Schnittstellen zu einem Steuerrechner werden standardmäßig die RS232-Schnittstelle und für Desktop Modelle die USB-Schnittstelle angeboten.

Für Anlagensteuerungen werden von spezialisierten Anbietern die Schnitstellen für Ethernet, Profibus und Profinet angeboten.

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