Spezielle Form von RFID
Immer häufiger werden im Alltag Daten berührungslos ausgetauscht- bspw. beim kontaktlosen Bezahlen im Supermarkt oder beim Anmieten eines Autos beim Car-Sharing. Hier kommt oft die Technik der Near Field Communication, kurz NFC zum Einsatz. Die dazu benötigte Technik ist inzwischen in vielen Bank- und Kreditkarten, aber auch Smartphones eingebaut. Technisch ist NFC ist eine Sonderform von RFID (Radio-Frequency IDentification), die nur über kurze Distanzen \(<10\,\rm{cm}\) funktioniert, eine Frequenz von \(13{,}56\,\rm{MHz}\) nutzt und verschlüsselt kommunizieren kann.
Aktive und passive Elemente
Eine Kommunikation mittels NFC findet immer nur zwischen genau zwei Teilnehmern statt. Dabei muss mindestens ein Teilnehmer ein aktives Gerät sein - bspw. das Bezahlterminal an der Kasse oder der NFC-Chip in deinem Smartphone. Dieses aktive Gerät erzeugt ein hochfrequentes Magnetfeld. Das andere Gerät kann ein passives Gerät sein, z.B. die Bankkarte. Dieses Gerät benötigt keine eigene Energiequelle, sondern nur einen Schwingkreis (Antenne), der in etwa auf \(13{,}56\,\rm{MHz}\) abgestimmt ist. Das Magnetfeld des aktiven Gerätes induziert hier eine Spannung - bei Geräte sind so magnetisch (induktiv) gekoppelt. Zur Datenübertragung variiert das passive Gerät meist seinen Schwingkreis. Je genauer der Schwingkreis auf \(13{,}56\,\rm{MHz}\) eingestellt ist, desto größer ist die "Last", die er für das Magnetfeld darstellt (Lastmodulation). Diese "Last" registriert auch das aktive Gerät - es können also Daten ausgetauscht werden.
Die Kommunikation zwischen zwei aktiven Geräten wie deinem Smartphone und einem Bezahlterminal ist natürlich ebenfalls möglich.
Einfache Spule als Antenne
Einfacher Nachweis von NFC
Nun schaltest du an deinem Smartphone NFC ein und hältst die Antenne mit der eingelöteten LED auf die Rückseite des Smartphones. Bei Positionierung über dem NFC-Chip (meist in der oberen Hälfte des Smartphones) blinkt die LED immer wieder auf.
Abhängigkeit von Position und Abstand
Aufgabe
Verändere nun die Position und Ausrichtung der Antenne auf dem Smartphone indem du
- die Antenne auf der Rückseite ans untere Ende des Smartphones verschiebst,
- den Abstand zwischen Antenne und Smartphone vergrößerst,
- die Antennenebene um 90° verdrehst
- und die Antenne auf die Vorderseite des Smartphones legst.
Beschreibe jeweils, ob die LED leuchtet oder nicht und in wie weit das die Verwendung der NFC-Technik beeinflusst.
Abschirmung von NFC-Kommunikation
Im Handel werden verschiedenste NFC-Blocker und NFC-Schutzhüllen angeboten. Mithilfe des folgenden Versuches kannst du prüfen, aus welchem Material entsprechende Hüllen sein können.
Aufgabe
Teste mithilfe deines Smartphones und der gebauten Antenne, ob du Near Field Communication auch mit einfachen Mitteln, wie Papier oder Alufolie verhindern kannst.