Frequenzvergleich: LF, HF und UHF – Eigenschaften, Reichweiten und Anwendungen

Einleitung

Die Welt der RFID ist vielseitig: Je nach Frequenzbereich unterscheiden
sich Reichweite, Datenrate und Einsatzgebiet erheblich. Während die Niederfrequenz (LF) durch
ihre Robustheit punktet, ist die Hochfrequenz (HF) besonders geeignet für kontaktlose
Zahlungssysteme. Die Ultra‑High‑Frequency (UHF) wiederum besticht durch hohe Lesereichweiten
und schnelle Datenübertragung. Dieser Artikel vergleicht die drei wichtigsten RFID‑Bänder – LF,
HF und UHF –, erklärt ihre technischen Merkmale und gibt praxisnahe Empfehlungen für die
Auswahl des passenden Frequenzbereichs.

Überblick über die Frequenzbänder

RFID‑Systeme nutzen elektromagnetische Wellen unterschiedlicher Frequenzen:

• Niederfrequenz (LF): 125–134 kHz. Diese Wellenlänge ist lang und durchdringt viele Materialien.
  LF‑Tags haben eine sehr kurze Lesereichweite von bis zu zehn Zentimetern und arbeiten im Nahfeld.
  Die Datenübertragungsraten sind gering, doch LF‑Systeme sind unempfindlich gegenüber Wasser und
  Metalloberflächen.
• Hochfrequenz (HF): 13,56 MHz. HF‑Tags können aus 10 bis 100 Zentimetern ausgelesen werden und
  nutzen ein Magnetfeld zur Kopplung. Dieses Band ist die Basis für die Nahfeldkommunikation
  (NFC) und wird in Bibliotheksausweisen, Kreditkarten und Zugangssystemen verwendet.
• Ultra‑High‑Frequency (UHF): 860–960 MHz. UHF‑Tags operieren im Fernfeld und erreichen
  Reichweiten von 3 bis 12 Metern oder mehr, wenn sie aktiv sind. Die hohe Frequenz erlaubt
  schnelle Datenübertragung und das gleichzeitige Lesen hunderter Tags. UHF ist das dominierende
  Band für Anwendungen in Logistik und Handel.

Technische Unterschiede

Der wesentliche Unterschied der Bänder liegt in der Kopplungsart. LF‑ und HF‑Systeme basieren auf
induktiver Kopplung, bei der das Magnetfeld des Lesers den Tag anregt. Bei UHF hingegen
erfolgt die Kommunikation mittels Fernfeldkopplung; hier wird das elektromagnetische Feld
des Lesers zurückgestreut (Backscatter). Durch diese physikalischen Grundlagen unterscheidet sich
das Verhalten stark:

• Reichweite: LF‑Tags arbeiten nur wenige Zentimeter entfernt, HF‑Tags bis etwa einen Meter.
  UHF‑Tags können mehrere Meter bis zu zwölf Meter entfernt gelesen werden.
  Bei aktiven UHF‑Tags sind sogar Distanzen von über 50 Fuß möglich.
• Datenrate: Die Datenübertragungsrate nimmt mit der Frequenz zu. UHF‑Systeme übertragen
  Informationen wesentlich schneller als HF oder LF und können hunderte Tags nahezu gleichzeitig
  erfassen. HF‑Systeme schaffen mehrere Tags pro Sekunde, LF nur wenige.
• Interferenz: LF und HF reagieren weniger empfindlich auf Wasser und Metall, da sie im
  Nahfeld arbeiten. UHF‑Wellen werden von metallischen Oberflächen und Flüssigkeiten stark beeinflusst
  und benötigen spezielle On‑Metal‑Tags oder Abstandhalter.
• Speicher und Funktionen: HF‑Tags bieten oft größere Speicherkapazitäten und werden für
  Anwendungen genutzt, die verschlüsselte Daten erfordern. UHF‑Tags verfügen über ausreichenden
  Speicher für Produktidentifikationen (EPC) und unterstützen Funktionen wie Passwortschutz und
  „Kill“-Befehl.

Anwendungen der einzelnen Frequenzbereiche

Aufgrund dieser Unterschiede haben sich für jedes Band bestimmte Anwendungsfelder herausgebildet:

• LF‑Anwendungen: Tierkennzeichnung, Zugangskontrollsysteme und Wegfahrsperren. Die kurze
  Reichweite ist hier sogar erwünscht, da sie Sicherheit und Zuverlässigkeit garantiert. In der
  Tierwirtschaft wird LF eingesetzt, weil der Körper des Tieres die Funkübertragung kaum stört.
• HF‑Anwendungen: NFC‑Zahlungen, elektronische Pässe, Bibliotheksausweise, ÖPNV‑Tickets.
  HF‑Tags werden häufig in Umgebungen genutzt, in denen viele Menschen interagieren und Sicherheit
  sowie Datenspeicher wichtig sind. Dank der höheren Frequenz können HF‑Tags auch nahe bei
  metallischen oder feuchten Materialien funktionieren.
• UHF‑Anwendungen: Supply‑Chain‑Management, Lager- und Inventurautomatisierung, Bekleidung,
  Automobilfertigung, Mautsysteme und Sportzeitmessung. Die große Reichweite
  und hohe Datenrate ermöglichen die gleichzeitige Erfassung dutzender oder hunderter Objekte.
  Die günstigen Tag‑Kosten machen UHF besonders attraktiv für
  Massenanwendungen.

Kosten und wirtschaftliche Aspekte

Die Auswahl des Frequenzbands beeinflusst nicht nur die Leistung, sondern auch die Kosten.
UHF‑Tags sind mittlerweile am günstigsten: Passive Etiketten kosten zwischen fünf und fünfzehn
Cent. HF‑Tags sind teurer (50 Cent bis zwei Euro), bieten dafür aber
größere Speicher und bessere Kompatibilität mit NFC‑Geräten. LF‑Tags liegen preislich dazwischen.
Bei den Lesern variieren die Kosten ebenfalls stark: LF‑ und HF‑Leser sind günstiger als
leistungsstarke UHF‑Gate‑Reader, die mehrere Antennen und hohe Sendeleistungen benötigen.

Regulierung und Frequenzallokation

Da Radiofrequenzen länder- oder regionsabhängig reguliert sind, müssen RFID‑Systeme an die
jeweilige Gesetzgebung angepasst werden. In Europa ist der UHF‑Bereich 865–868 MHz freigegeben,
während in Nordamerika 902–928 MHz erlaubt sind. HF‑Systeme nutzen global das lizenzfreie
13,56‑MHz‑Band. LF‑Tags werden in den meisten Ländern zwischen 125 und 134 kHz betrieben. Bei
internationalen Lieferketten ist es wichtig, Reader zu wählen, die mehrere Regionen unterstützen
und den Regeln der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) entsprechen. Für Anwendungen wie
Tierkennzeichnung gibt es gesonderte Normen, zum Beispiel ISO 11784/11785 für LF‑Transponder.

Wie wählt man das richtige Frequenzband?

Die Entscheidung für LF, HF oder UHF hängt von mehreren Faktoren ab:

• Reichweite: Benötigen Sie nur wenige Zentimeter (z. B. Zugangskontrolle), wählen Sie LF.
  Für Entfernungen bis zu einem Meter (z. B. Bibliothek) eignet sich HF, und für mehrere Meter
  Entfernung UHF.
• Umgebung: In metallischen oder feuchten Umgebungen sind LF/HF robuster. UHF erfordert
  spezielle Tag‑Designs oder Abstandshalter, wenn Metall vorhanden ist.
• Datenmenge: Wenn viele Informationen auf dem Tag gespeichert werden müssen (z. B.
  personenbezogene Daten), ist HF vorzuziehen. Für reine Seriennummern reicht UHF aus.
• Kosten: UHF‑Tags und -Leser sind in der Regel günstiger als HF‑Varianten, bieten jedoch
  möglicherweise weniger Features. LF‑Systeme liegen dazwischen.

Fallstudie: Landwirtschaft vs. Handel

Um die Unterschiede zu verdeutlichen, betrachten wir zwei Szenarien. In der Landwirtschaft werden
meist LF‑Tags zur Tieridentifikation eingesetzt. Die Tiere bewegen sich oft in feuchten Umgebungen,
und die kurzen Lesereichweiten (wenige Zentimeter) reichen aus, um beispielsweise Kühe im Stall
zu registrieren. UHF würde hier wenig Mehrwert bringen, da die Signale von Wasser absorbiert werden
und die Tiere sich dicht beieinander bewegen. Im Gegensatz dazu setzt der Bekleidungs‑Einzelhandel
auf UHF‑Tags: Sie sind klein, kostengünstig und ermöglichen das gleichzeitige Auslesen ganzer
Paletten und Regale. Kundenkarten hingegen nutzen häufig HF/NFC, um Bezahlfunktionen zu
integrieren und Smartphones einzubinden.

Ausblick und neue Entwicklungen

In Zukunft verschwimmen die Grenzen zwischen den Bändern. Dual‑Frequency‑Tags kombinieren HF und UHF
in einem Etikett, sodass die Vorteile beider Welten genutzt werden können. Sensor‑Tags
erweitern die Standardfunktionen um Temperatur- oder Feuchtigkeitsmessung.
Neue Materialien wie gedruckte Elektronik und biobasierte Substrate ermöglichen flexible und
nachhaltige Tags. Zudem arbeiten Forscher an der Erweiterung von RFID in
höhere Frequenzbereiche (wie den Mikrowellenbereich) sowie an hybriden Systemen mit Bluetooth Low
Energy, LoRa und 5G. Für Anwender bleibt die Wahl des Frequenzbandes eine Abwägung zwischen
technischer Machbarkeit, Kosten und gewünschter Funktionalität.

Quellen

Dieser Artikel stützt sich auf technische Berichte und Fachartikel, unter anderem von OHEL‑Technologies,
Metalcraft, RFID‑Journal und wissenschaftlichen Veröffentlichungen zu Tag‑Design und
Frequenzvergleich. Weitere Informationen finden Sie in den verlinkten
Wikipedia‑Artikeln über die Niederfrequenz,
Hochfrequenz, Ultra‑High‑Frequency
sowie zur allgemeinen RFID‑Technologie.