Ferritfolien verringern die Dämpfung durch Metall

Als Faustregel für die Reichweite einer Antenne gilt der ein- bis eineinhalbfache Antennendurchmesser, vorausgesetzt, das Feld wird durch eine Metallumgebung nicht sonderlich gedämpft. Zudem können qualitativ hochwertige Lese-Chips in der Regel größere Entfernungen überbrücken.

Metallwerkstoffe sind in der Nähe der Antenne zu vermeiden, weil sie das elektromagnetische Feld bedämpfen. Ist der Einsatz von Metall nicht vermeidbar, helfen Ferritfolien zur Abschirmung der Antenne. Zu berücksichtigen ist hier, dass die elektromagnetischen Eigenschaften des Ferritmaterials auf den Frequenzbereich von 13,56 MHz abgestimmt sein müssen. Eine zu dünne Ferritfolie schirmt unter Umständen nicht ausreichend, ein wesentlich zu dickes Material erzeugt aber eventuell höhere Kosten ohne wesentlich wirksamer als ein dünneres Material zu sein.

Als typische Dicke für Ferrritfolien kommen 150 bis 250 μm in Betracht, dickeres Material als 250 μm verbessert die Abschirmung gegen Metall nicht mehr wesentlich, treibt aber die Kosten in die Höhe.

Foliendicke und Frequenzbereich müssen passen

Bild 4: Eine hochintegrierter Miniaturtag auf Ferrit der Firma Neosid.

Bild 4: Ein hochintegrierter Miniatur-Tag auf Ferritkern der Firma Neosid. NXP

Während der Entwicklung von Designs mit Ferritfolien ist ebenfalls zu beachten, dass die Folien nicht geknickt werden, da sich durch Brüche im Ferritmaterial die elektromagnetischen Eingenschaften ebenfalls ändern. Dies kann zu zeitintensiven Iterationen beim Antennendesign führen, falls dies nicht erkannt wird.

Eine für NFC-Applikationen relevante und wesentliche Materialeigenschaft von Ferriten ist durch die Permeabilitätszahl μ gegeben. Diese komplexe Größe setzt sich zusammen aus dem Realteil μ′ und dem Imaginärteil μ″, der die Verluste beschreibt. Zum Abschirmen gegen Metall kann man μ’>100, μ’’= so niedrig wie möglich für eine 13,56 MHz Antenne annehmen. Da μ’ und μ’’ frequenzabhängig sind, ist es wichtig , dass diese Werte für das ausgewählte Ferrit auch tatsächlich für die Frequenz 13,56 MHz und nicht nur für niedrigere Frequenzen angegeben sind.

Für den Transponder bestehen ähnliche Optionen für die Antennenausführung wie beim Lesegerät. Besonders kleine Bauformen sind möglich mit Drahwickelantennen auf gesinterten Ferriten, welche auch in kundenspezifischen Formfaktoren herstellbar sind (Bild 4).

Transponder mit erweiterter Funktionalität

Für mehr Funktionen und mehr Intelligenz im Zubehörteil sind anstelle von RFID-Tags auch Connected-Tags wie beispielsweise der „NTAG I²C Plus“ einsetzbar, die ein Auslesen und Beschreiben der im Tag gespeicherten Daten über ein I²C-Interface mit einem Mikrocontroller ermöglichen. Zusätzlich zur Datenübertragung besteht bei Connected Tags die Option, die von der Basiseinheit bereitgestellte Feldenergie zu benutzen, um die Baugruppe mit einigen mA für zusätzliche Funktionen mit Energie zu versorgen. Dies kann ein kleiner Mikrocontroller für die Ansteuerung von Tasten oder Sensoren sein.

Ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl des Transpondertyps ist die Sicherheit des jeweiligen Transponder-Chips bezüglich  Datenzugriff und der Datenveränderung. In den meisten Fällen genügt es das jeweilige Zubehör mittels einer Nummer im Datenspeicher des Transponders zu identifizieren, um am Basisgerät die entsprechenden Einstellungen für den Betrieb vorzunehmen.

Um eine Manipulation dieser Nummer auszuschließen, kann der jeweilige Speicherbereich im Tag gegen Überschreiben gesperrt werden. Dynamische Daten hingegen, die während des Betriebs durch das Basisgerät am Zubehör verändert werden, bleiben weiterhin schreib- und lesbar. Dies können Daten wie Betriebszeit, Anzahl der Benutzungen oder ähnliches sein. Natürlich lassen sich auch solche Daten während des Lebenszyklus noch im Nachhinein zum Schutz gegen Manipulation sperren.

 

Wie sich eine Authentifikation einrichten lässt und Beispiele für Geräte mit intelligentem Zubehör zeigt der Beitrag auf der folgenden Seite.

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