Warum nutzt NFC 13,56 MHz und keine andere Frequenz?
NFC arbeitet bei 13,56 MHz, weil diese Frequenz ein Kompromiss ist. Sie ist niedrig genug, dass eine Berührung tief im Nahfeld stattfindet, wo Energie durch Induktion übergeht statt abgestrahlt zu werden. Sie ist hoch genug, dass eine Spule aus wenigen gedruckten Windungen genügt und Datenraten von Hunderten Kilobit pro Sekunde möglich sind.
Eine Frequenz, die niemand lizenzieren muss
13,56 MHz liegt in einem Band, das international für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Zwecke freigehalten wird. Geräte dürfen dort ohne Einzellizenz senden, weshalb derselbe Tag in Tokio und in Lissabon funktioniert und ein Aufkleber ein paar Cent kosten kann. Fußnote 5.150 der ITU-Vollzugsordnung für den Funkdienst weist 13 553 bis 13 567 kHz industriellen, wissenschaftlichen und medizinischen Anwendungen zu, mit 13 560 kHz als Mittenfrequenz. Das NFC Forum baut seine Spezifikationen auf diesem Band auf.
Kontaktlose Chipkarten nutzten es bereits, bevor es NFC gab. Diese Wahl bedeutete, ein Jahrzehnt bereits installierter Lesegeräte zu erben, statt bei null anzufangen.
Was 13,56 MHz in Metern bedeutet
Eine Funkwelle bei 13,56 MHz hat eine Wellenlänge von rund 22 Metern. Diese Zahl erklärt mehr über NFC als jede andere einzelne Angabe.
Der Bereich nahe einer Antenne, in dem die magnetische Komponente des Feldes überwiegt und Energie durch Induktion übertragen statt abgestrahlt werden kann, reicht ungefähr bis zur Wellenlänge geteilt durch zwei Pi. Bei 13,56 MHz sind das etwa 3,5 Meter. Ein Telefon, das an einen Tag gehalten wird, befindet sich also nicht knapp innerhalb des Nahfeldes, sondern hundertmal tiefer als dessen Grenze.
Darin besteht der ganze Kunstgriff. Das Lesegerät sendet nicht zum Tag hin. Die beiden Spulen sind gekoppelt, wie die Wicklungen eines Transformators, die Luft voneinander trennt.
Warum nicht tiefer
RFID im Niederfrequenzbereich, um 125 kHz, ist bei Tierkennzeichen und älteren Zutrittsausweisen weiterhin im Einsatz. Es durchdringt Wasser und verträgt Metall deutlich besser als 13,56 MHz, was ein echter Vorteil ist.
Der Preis dafür ist die Bandbreite. Ein Träger bei 125 kHz kann keine Hunderte Kilobit pro Sekunde transportieren, deshalb sendet ein Niederfrequenz-Tag eine Kennung und kaum mehr. Auch die Antennen wachsen: Bei größerer Wellenlänge braucht es sehr viel mehr Drahtwindungen, um dieselbe Energie zu koppeln, weshalb 125-kHz-Tags eher dicke Scheiben als papierdünne Etiketten sind.
Warum nicht höher
UHF-RFID arbeitet um 900 MHz und liest über mehrere Meter. Die Wellenlänge liegt dort bei etwa 33 Zentimetern, auf Leseentfernung befindet man sich also im Fernfeld: Das Lesegerät strahlt tatsächlich ab, und der Tag wirft einen Teil dieser Strahlung zurück.
Die Kopplung im Fernfeld erkauft Reichweite und verliert alles andere. Lesen wird ohne Absicht möglich, was genau das ist, was man bei einer Zahlungskarte nicht will. Die Lesehardware ist größer und teurer, und kein Telefon führt sie mit. GS1 veröffentlicht die Normen, denen die meisten UHF-Installationen folgen.
Zwischen beiden liefert 13,56 MHz eine kurze, absichtliche Reichweite, eine Antenne, die sich als wenige flache Windungen auf Kunststofffolie drucken lässt, und genug Bandbreite, um eine Adresse zu übertragen oder einen Zahlungsvorgang abzuwickeln.
Was das beim Kauf eines Tags bedeutet
Alles, was als NFC-Tag verkauft wird, arbeitet bei 13,56 MHz. Bietet ein Anbieter einen Tag mit 125 kHz oder 900 MHz an, wird ihn kein Telefon lesen, was auch immer die Beschreibung verspricht. Das ist die für Käufer nützlichste Folge der Frequenz.
Sie erklärt auch, warum sich Tags derselben Frequenz mit unterschiedlichen Antennengrößen so verschieden verhalten. Die Frequenz legt die Physik fest, die Antenne die Kopplung, und die Kopplung die Entfernung, die Sie tatsächlich erreichen.
Häufige Fragen
Ist 13,56 MHz dieselbe Frequenz wie bei kontaktlosen Bankkarten?
Ja. Kontaktlose Zahlungskarten arbeiten bei 13,56 MHz, weshalb ein Telefon Teile einer solchen Karte lesen kann. Eine Karte zu lesen und sie belasten zu können sind allerdings zwei völlig verschiedene Dinge: Der Zahlungsvorgang verlangt kryptografisches Material, das eine gewöhnliche App nie zu sehen bekommt.
Kann ein NFC-Tag auf einer anderen Frequenz arbeiten?
Nicht und dabei ein NFC-Tag bleiben. Die Frequenz ist durch die Spezifikation festgelegt. Ein Tag mit 125 kHz oder 900 MHz ist ein RFID-Tag, und kein Telefon hat Hardware für diese Bänder, also kann keine App ihn lesen.
Erklärt die Frequenz, warum NFC auf Metall versagt?
Zum Teil. Eine leitfähige Fläche nahe der Antenne verzerrt das Magnetfeld und verschiebt den Tag weg von der Frequenz, auf die er abgestimmt ist. Niedrigere Frequenzen vertragen das besser, was einer der Gründe ist, warum manche industriellen Systeme weiterhin 125 kHz verwenden.
Warum heißt 13,56 MHz Hochfrequenz, wo WLAN doch viel höher liegt?
Die Bezeichnung stammt aus der Einteilung des Funkspektrums und nicht aus dem alltäglichen Vergleich. Das Hochfrequenzband reicht von 3 bis 30 MHz. WLAN und Bluetooth liegen im Ultrahochfrequenzbereich und darüber, weit jenseits davon.